锌胁迫下不同植物及品种根际效应及锌积累机理研究

【摘要】：在重金属胁迫下植物生物化学或者分子机制上会发生一系列变化,以适应或者忍受重金属伤害,但不同种类植物或同一种类不同品种的植物对重金属的适应能力和抗性具有明显的差异。本研究采用液培及土培根袋试验系统探讨了重金属Zn胁迫对单子叶植物黑麦草(Loliumperenne L.)4个品种、双子叶植物大白菜(Brassica campestris L.ssp.Pekinensis(Lour)Olsson)6个品种的生长,植物体内生理代谢指标,Zn吸收和富集的影响,以及Zn胁迫下不同植物和晶种的根系分泌物特征、根际Zn形态及含量变化规律。以期阐明植物对重金属耐性或抗性及富集重金属的生理机理和根际效应机制,为重金属胁迫下筛选高抗性、高富集或低积累重金属品种提供理论依据。得出以下几点结论: 1.不同植物及品种对Zn胁迫的生长反应不同。Zn在一定范围内(液培下0～1mmol/L;土培中0～4mmol/kg土)促进了黑麦草生长(土培最大生物量增量地上部为34.3%～72.8%,根系为78.3%～151.2%),但在Zn浓度较高时(液培Zn~(2+)≥2.0mmol/L;土培Zn~(2+)≥8mmol/kg土)对黑麦草表现出毒害作用而抑制其生长。黑麦草对重金属Zn具有较好的耐受性,其RTI(根系耐性指数,即加重金属处理的根长与对照的根长比值)均大于1.0(0～4mmol/kg土Zn~(2+))。4个品种黑麦草以泰德对重金属Zn的忍耐能力最强,只有在高Zn浓度下生长才受到一定抑制。Zn胁迫显著抑制液培大白菜生长(生物量最大降低率地上部为58.9%～89.8%,根系为67.0%～85.4%),0.5RTI1.0。土培条件下,在Zn~(2+)0～0.5mmol/kg土内促进了大白菜生长,最大生物量增量地上部为4.7%～30.2%,根系为10.3%～25.1%,土培大白菜根系对Zn的耐受性较高(Zn~(2+)≤1.0mmol/kg土时,RTI1.0),大白菜以丰抗78和丰园高抗1号2个品种对Zn耐受性较强,在Zn毒害下更能保持较高的生长势。 2.Zn胁迫影响植物体内生理代谢活动,不同植物及品种各种生理指标差异显著。土壤重金属污染会导致敏感植物在生物化学方面产生多种损伤和变化,并刺激植物产生防御性反应,以适应重金属的胁迫,如SOD、POD等酶系统的抗氧化作用能保护细胞膜免受重金属破坏或者减弱破坏程度,植物螯合态则参与体内重金属解毒过程,脯氨酸能清除植物体内活性氧而与植物抗氧化关系十分密切。另一方面根系活力也可反映重金属胁迫下根系的生理代谢活力大小。在Zn胁迫下,黑麦草4个品种叶片POD、SOD活性,叶片脯氨酸含量,根系活力均有所提高,其中以泰德明显高于其它3个品种。大白菜6个品种对Zn的抗性均较差,在Zn胁迫下,叶POD、SOD活性,叶片脯氨酸含量,根系活力明显降低。黑麦草叶内高POD、SOD活性,脯氨酸含量,是黑麦草对重金属Zn具有较高耐受性和抗性的重要原因之一。POD、SOD等抗氧化酶可以作为筛选轻度或中度重金属污染土壤固定型植物的抗性指标。 3.Zn胁迫影响不同植物及品种体内养分含量及对Zn的吸收。重金属对植物的毒害机理之一是干扰植物对养分的吸收,破坏植物体内的养分平衡。高Zn浓度明显减低了黑麦草植株N、