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重金属镉、铅胁迫对茭白生长发育的影响

黄凯丰  
【摘要】: 茭白(Zizania latifolia Turcz.)作为中国原产的特色水生蔬菜,以前主要在我国长江流域及其以南地区种植。20世纪80年代以来,随着我国种植业结构的调整和蔬菜流通体制的改革,各地纷纷引种茭白,目前茭白产品已在全国大部分地区种植并消费,成为消费量最大的22种蔬菜之一。部分加工产品已出口到日韩、北美、欧盟和澳洲等多个国家和地区。镉(Cd)、铅(Pb)是重要的污染物质,随着工业的快速发展及三废的大量排放,水体中重金属Cd~(2+)、Pb~(2+)的含量越来越高,而水生蔬菜栽培需要大量的灌溉用水,且大都在主要水系周边区域种植,因此受随水系扩散的重金属污染的可能性要高于其他种类的农作物。本文以江苏省特色水生蔬菜茭白的代表性品种蒋墅茭(单季茭)和葑红早(双季茭)为试验材料,研究了Cd~(2+)、Pb~(2+)在不同栽培介质处理下,以及Cd~(2+)、Pb~(2+)的单一、复合胁迫在不同肥料处理下对茭白生长发育的影响,同时测定了茭白各器官中Cd~(2+)、Pb~(2+)的积累量。期望为重金属胁迫对茭白伤害机理的研究提供一些科学依据,同时也为水生蔬菜的安全生产提供部分理论依据。取得如下结果: 1、低浓度Cd~(2+)、Pb~(2+)胁迫能促进两茭白品种株高、叶面积的增加,但随处理浓度的进一步增加而显著下降;茭白的分蘖数则随Cd~(2+)、Pb~(2+)处理浓度的增加而呈持续下降的变化趋势。不同栽培介质处理间以苇末基质栽培下茭白的株高、叶面积、分蘖数同比高于土壤栽培。品种间以葑红早的株高、叶面积同比高于蒋墅茭,而分蘖数则低于蒋墅茭。 2、不同栽培介质处理时,低浓度Cd~(2+)、Pb~(2+)胁迫均能促进两茭白品种的可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、叶绿素含量和净光合速率总体的增加,但随Cd~(2+)、Pb~(2+)处理浓度的进一步增加而显著下降;根系活力则随Cd~(2+)、Pb~(2+)处理浓度的增加而呈持续下降的变化趋势;细胞膜透性随Cd~(2+)、Pb~(2+)处理浓度的增加而持续上升;不同栽培介质处理间以苇末基质栽培下茭白的可溶性蛋白含量、叶绿素含量、净光合速率等指标同比高于土壤栽培,而脯氨酸含量、根系活力、细胞膜透性则低于土壤栽培。不同肥料处理间相比则以有机肥处理下茭白植株受Cd~(2+)、Pb~(2+)胁迫伤害的程度小于无机肥处理。单一、复合胁迫处理间以复合胁迫处理时茭白受Cd~(2+)、Pb~(2+)的胁迫伤害大于单一胁迫。Cd~(2+)、Pb~(2+)胁迫能显著降低茭白的产量。品种间各指标存在差异。 3、低浓度Cd~(2+)、Pb~(2+)胁迫能促进两茭白品种倒三片功能叶中保护酶活性的增加,但均随Cd~(2+)、Pb~(2+)胁迫浓度的进一步增加而下降;苇末基质栽培和有机肥处理时,茭白叶片中的保护酶活性分别高于土壤栽培和无机肥处理。复合胁迫处理时,茭白叶片保护酶活性下降的幅度显著大于单一胁迫处理。品种间以葑红早叶片中保护酶的活性高于蒋墅茭,说明葑红早对Cd~(2+)、Pb~(2+)胁迫的忍耐性要强于蒋墅茭。 4、Cd~(2+)、Pb~(2+)胁迫能显著降低两茭白品种叶片中DNA提取的量以及DNA增色效应的程度。单一、复合胁迫处理间则以复合胁迫处理下茭白叶片中DNA提取的量显著低于单一胁迫处理,而复合胁迫处理下茭白叶片DNA的增色效应下降的幅度显著大于单一胁迫处理。不同肥料处理间则以无机肥处理下茭白叶片DNA提取的量显著低于有机肥处理;而无机肥处理下叶片DNA增色效应下降的幅度显著大于有机肥处理。品种间以蒋墅茭同比高于葑红早。 5、Cd~(2+)、Pb~(2+)的单一以及复合胁迫均能促进两茭白品种根系和叶片中NPT、GSH、PCs含量的显著增加,Cd~(2+)胁迫时其增加的幅度大于Pb~(2+)胁迫处理,复合胁迫处理时两茭白品种根系和叶片中NPT、GSH、PCs的含量均高于单一胁迫。无机肥处理时,其含量显著高于有机肥处理。根系中NPT、GSH、PCs的含量显著高于叶片。品种间以蒋墅茭同比高于葑红早。 6、Cd~(2+)、Pb~(2+)在茭白各亚细胞组分中的分布表现为:细胞壁可溶性部分细胞器,细胞壁原生质体。有机肥处理时,茭白各亚细胞组分中Cd~(2+)、Pb~(2+)的积累量明显低于无机肥处理。复合胁迫处理时,茭白叶、根亚细胞组分中Cd~(2+)、Pb~(2+)的积累量同比均高于单一胁迫。品种间存在差异。 7、随Cd~(2+)、Pb~(2+)胁迫处理时间的增加,其在茭白各营养器官中积累量呈显著增加的变化趋势;Cd~(2+)、Pb~(2+)在茭白不同营养器官间的积累量表现为:根短缩茎叶产品器官;双季茭白品种葑红早在第2年采收的夏茭产品器官中Cd~(2+)、Pb~(2+)的残留量均显著高于当年的秋茭。苇末基质栽培和有机肥处理时茭白各器官中的残留量分别显著低于土壤栽培和无机肥处理。品种间以蒋墅茭对Pb~(2+)的积累能力强于葑红早,而对Cd~(2+)的积累能力则低于葑红早。 8、随硫处理浓度的增加,茭白植株受Cd~(2+)胁迫伤害的程度呈逐渐下降的变化趋势。当硫处理浓度达2 mmol·L~(-1)时茭白的产量达最大,其后随硫处理浓度的增加而持续下降,但均高于不施硫的处理;非蛋白巯基、植物络合素则在12 mmol·L~(-1)的硫处理时达最大,而6 mmol·L~(-1)处理时达最小;随硫处理浓度的增加,两茭白品种根中Cd~(2+)的积累量呈明显下降的变化趋势,而短缩茎、叶、肉质茎中Cd~(2+)的积累量则有所增加。有机肥处理能降低Cd~(2+)对茭白的胁迫伤害,且能降低其在茭白各器官中的积累。品种间存在差异。


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