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碳酸镉胁迫下岩溶区油菜镉、酚的累积效应

宁良丹  
【摘要】:本文以油菜为实验对象,开展碳酸镉胁迫下的土壤培养实验和氯化镉胁迫下的Hoagland营养液水培实验,研究镉在油菜中的分布与累积及其机理。通过土培实验,主要研究岩溶区土壤在碳酸镉胁迫下,土壤中镉形态的变化、分布与环境因子对镉形态变化的影响,以及镉对油菜的毒害作用和镉、酚在油菜中的累积效应;通过水培实验,模拟低浓度镉对不同生长阶段油菜幼苗的生理生化影响以及镉的累积;最后,以实验为根据探讨碳酸镉胁迫下,土壤镉形态的转化,镉形态在土-根界面的迁移以及油菜体内镉的转运与累积的机理,为改善岩溶区土壤油菜品质提供一定的理论依据。本文的主要研究结果如下: 1、在碳酸镉胁迫下,土壤中以离子交换态、碳酸盐结合态主,且镉形态间的转化主要受pH、有效钙、腐殖酸含量等影响。其中,水溶态、离子交换、腐殖酸态、残渣态镉形态转化与pH具有显著相关性,而pH与碳酸盐结合态的相关系数为-0.517。CEC与镉形态之间呈负相关性。 2、随着土壤碳酸镉浓度的增加,油菜体内镉的累积量也不断增加。其中根部的累积量为31.41-87.00μg/g,茎部的累积量为20.89~92.01μg/g,油菜籽的累积量为6.12-29.91μg/g,荚皮的累积量为13.15-49.77g/g。可见,油菜籽中镉的含量超过国家标准的30倍以上,但对照组的低于标准。 3、随着碳酸镉浓度的增加,油菜体内的含水率不断增加,其中根、茎和籽+荚皮分别为75.61%~85.83%、83.23%~86.75%和75.79%~82.04%,且同一浓度下茎部最高,而籽+荚皮最低。这可能部分缓解镉对油菜的毒害作用。 4、随着碳酸镉浓度的增加,油菜根部的累积系数是不断降低的,从4.90降低到3.02;茎部的累积系数分别为3.26、3.47、3.20,镉迁移系数从0.66升高到1.06;油菜籽的镉累积系数分别为0.95、1.54、1.04,镉迁移系数分别为0.19、0.37、0.34;荚皮的累积系数分别为2.05、2.52、1.73,迁移系数分别为0.42、0.60、0.57。 5、累积在油菜体内的酚类物质有单宁、黄酮、茶多酚,其含量为籽实(包括荚皮)茎部根部。油菜根中的黄酮为5.71%-10.81%,茎中为6.94%-11.28%,荚皮中为13.36%-16.01%,籽实中为27.01%~34.81%,且在10mg/kg碳酸镉胁迫下达到显著或极显著水平差异。根中单宁含量为1.70%-1.99%,茎部为4.44%~4.81%,荚皮为6.44%~7.37%,籽为7.08%~7.67%。油菜根部、茎部、油菜籽、荚皮中茶多酚的含量分别为0.33%-0.61%、0.61%~1.66%、5.85%~8.67%、3.96%~5.81%。可见,油菜中黄酮的含量最高,单宁次之,茶多酚较少。 6、油菜幼苗在四个阶段累积的镉有差异。两叶一心阶段,茎部中镉的含量为5.75-115.46m/kg,叶部为11.57~109.06mg/kg,根部为24~442.70mg/kg;四叶一心时,茎部含镉19~98mg/kg,根部为15~75mg/kg,叶部为65~666mg/kg:六叶一心阶段时,茎部镉含量为24~158m/kg,根部为26~9mg/kg,叶部为36~315mg/kg;八叶一心时,茎中含镉19.46~22.98m/kg,根部为13.55~19.02mg/kg,叶的含量为86~125mg/kg. 7、在油菜幼苗阶段,由于受到镉的影响,油菜幼苗叶片的细胞内保护酶活力与膜透性物质间存在相关性,CAT与MDA具有显著的负相关性,相关系数为-0.342;SOD与蛋白质具有极显著的相关性,相关系数为-0.728;脯氨酸与SOD.POD的相关系数为-0.355、-0.201,显著相关。 8、碳酸镉胁迫下,土壤中碳酸盐结合态、腐殖酸态镉可以向离子交换态转化,且向根际、根围土迁移,增加土壤有效态镉的含量;水溶态与离子交换态镉容易被油菜吸收而使根际土中的含量降低,它们可以通过水分或离子置换向根系中转运。这部分的以离子交换态为主的有效态镉被油菜的根系吸收后,通过水分、蒸腾作用向地上部分迁移,并累积于茎部、荚皮、油菜籽中。水培实验可以模拟中低镉含量时的土培实验,表明油菜从苗期就已受到镉的伤害,保护酶活力降低,细胞膜透性增加,叶绿素含量降低,导致部分叶片会变黄,这一现象在土培和水培实验中都被观察记录所证实。 9、在油菜籽和荚皮中存储着较为丰富的酚类物质,而镉能与酚类物质中羟基、羧基功能团上的氢原子进行置换,形成络合物,降低镉在器官中的累积分布,可能是油菜应对镉胁迫的对策之一。


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