【摘要】：福建長汀縣是我國南方典型的離子型稀土礦區(qū)。近年來,由于對稀土礦的大量開采和冶煉產(chǎn)生了大面積的廢棄地,不但使土壤結(jié)構(gòu)和植被遭到嚴(yán)重破壞,引發(fā)水土流失,同時(shí)還造成土壤酸化、重金屬污染等生態(tài)環(huán)境惡化問題。因此,長汀礦山廢棄地的植被恢復(fù)已成為當(dāng)?shù)刎叫杞鉀Q的重大環(huán)境問題。有關(guān)研究表明,影響長汀稀土礦廢棄地植被恢復(fù)的主要因素為土壤酸化和重金屬鎘污染。在長汀稀土礦廢棄地的治理過程中發(fā)現(xiàn),楓香(Liquidambar formosana)、木荷(Schima superba)、胡枝子(L espedeza bicolor)和馬尾松(Pinus massoniana)在長汀稀土礦廢棄地植被恢復(fù)中取得理想的恢復(fù)效果,并得到了廣泛應(yīng)用。但是,退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)是一個(gè)長期的過程,雖然通過人工建植的方式可達(dá)到廢棄地植被的快速綠化,但植被恢復(fù)效果是否可以長期維持,生態(tài)系統(tǒng)是否可以自我恢復(fù)還是未知,而植物種子萌發(fā)是生態(tài)恢復(fù)效果長期維持和能否自我演替更新的關(guān)鍵。由于恢復(fù)時(shí)間的限制,目前對這4個(gè)樹種是否可以在長汀稀土礦廢棄地完成天然更新尚不清楚,4個(gè)樹種的種子對酸鎘脅迫的種子萌發(fā)及其形態(tài)生理響應(yīng)尚不明晰。既然它們可適應(yīng)酸和鎘污染逆境環(huán)境,其種子可能存在有待挖掘的對酸和鎘脅迫的適應(yīng)策略。鑒于此,以馬尾松、楓香、木荷、胡枝子4個(gè)長汀稀土礦廢棄地植被恢復(fù)優(yōu)勢樹種的種子為試驗(yàn)對象,設(shè)置不同梯度鎘濃度(ck、5、10、20 mg·L~(-1))、pH值(ck,5.5,4.5,3.5)及酸鎘復(fù)合脅迫pH-5.5+Cd-5模擬脅迫試驗(yàn),測定不同脅迫處理下4個(gè)樹種種子萌發(fā)、幼苗生長等形態(tài)學(xué)指標(biāo),以及不同萌發(fā)階段體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、淀粉酶活性、激素等生理指標(biāo),利用傅里葉紅外光譜分析不同脅迫條件下4個(gè)樹種種子體內(nèi)化合物中官能團(tuán)和極性鍵振動(dòng)結(jié)構(gòu),比較不同酸和鎘脅迫處理4個(gè)樹種種子萌發(fā)的形態(tài)生理響應(yīng)差異,分析種子萌發(fā)特性與幼苗生長以及生理特性之間的相關(guān)性,采用隸屬函數(shù)分析對4個(gè)樹種種子種子萌發(fā)和幼苗生長對酸和鎘脅迫的響應(yīng)進(jìn)行綜合性評價(jià),最終揭示4個(gè)樹種種子萌發(fā)和幼苗生長對重金屬鎘和酸脅迫的形態(tài)和生理響應(yīng)策略,以期為我國礦山廢棄地植被恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:(1)隨pH的降低,楓香、木荷和馬尾松種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均呈先增后降的變化規(guī)律,pH-5.5對楓香、木荷和馬尾松種子萌發(fā)均具有一定促進(jìn)作用,但pH-3.5則具有抑制作用,酸脅迫對胡枝子種子萌發(fā)無顯著影響。鎘脅迫對馬尾松種子有促進(jìn)作用,但對胡枝子種子則具有抑制作用。楓香種子活力指數(shù)隨鎘脅迫濃度增大顯著降低。Cd-10處理對木荷種子萌發(fā)有促進(jìn)作用,但其他處理則有抑制作用。(2)pH-5.5、pH-4.5對楓香、木荷、馬尾松芽苗的生長均具有促進(jìn)作用,但pH-3.5則會(huì)抑制這3個(gè)樹種的芽苗生長,各生長指標(biāo)中根系對酸脅迫的反應(yīng)最敏感。鎘脅迫對胡枝子幼苗生長有顯著抑制,但對木荷影響不顯著。對楓香、馬尾松幼苗的生長表現(xiàn)出“低促高抑”的規(guī)律,低濃度Cd-5具有一定促進(jìn),但鎘濃度≥10 mg·L~(-1)時(shí)則表現(xiàn)出抑制作用,特別是對根系具有顯著抑制。(3)酸脅迫條件下,4個(gè)樹種體內(nèi)抗氧化酶活性、可溶性蛋白和還原糖含量等在不同萌發(fā)階段變化存在一定差異。在露白期,pH-4.5、pH-5.5處理下馬尾松體內(nèi)的CAT活性,楓香、胡枝子與馬尾松體內(nèi)的POD活性,木荷、胡枝子與馬尾松體內(nèi)的SOD活性均增大;楓香、木荷的可溶性蛋白含量,木荷、胡枝子與馬尾松的還原糖含量均顯著提高;楓香、木荷、馬尾松可溶性糖含量隨pH的降低均呈先增加后降低趨勢。在發(fā)芽期,隨pH的降低,楓香體內(nèi)的CAT活性、木荷體內(nèi)的SOD活性均先增后減,而胡枝子和木荷的CAT活性與胡枝子、馬尾松SOD的活性則先減后增;酸脅迫對馬尾松CAT活性、楓香與馬尾松還原糖含量、胡枝子可溶性糖含量均具有促進(jìn)作用。(4)鎘脅迫條件下,4個(gè)樹種體內(nèi)抗氧化酶活性、可溶性蛋白和還原糖含量等在不同萌發(fā)階段變化同樣存在一定差異。在露白期,隨鎘濃度增加,木荷、胡枝子與馬尾松的SOD活性、胡枝子的CAT、POD活性以及木荷與馬尾松的可溶性糖含量均先增后減,Cd-20處理馬尾松、胡枝子與木荷的POD活性,胡枝子與馬尾松脯氨酸含量、胡枝子可溶性糖含量均顯著提高;鎘脅迫對楓香可溶性蛋白以及木荷、胡枝子與馬尾松的還原糖含量均有顯著的促進(jìn)作用。在發(fā)芽期,隨鎘脅迫濃度增大,馬尾松體內(nèi)的CAT活性、木荷與馬尾松的還原糖含量、可溶性糖含量均先增后減,楓香、馬尾松可溶性蛋白含量均先減后增,馬尾松、楓香體內(nèi)POD活性均呈逐漸增大的趨勢;鎘脅迫對4個(gè)樹種的SOD活性均有促進(jìn)作用,提高SOD活性可能是4個(gè)樹種種子萌發(fā)對鎘脅迫的主要響應(yīng)策略。(5)隨pH值減小,楓香體內(nèi)ɑ、β-淀粉酶活性先增大后減小,赤霉素含量逐漸增大;木荷、馬尾松體內(nèi)赤霉素含量先減小后增大,而胡枝子則相反;pH-5.5處理?xiàng)飨恪ⅠR尾松露白期的β-淀粉酶活性,木荷、馬尾松發(fā)芽期的ɑ-淀粉酶活性均顯著大于對照。隨鎘脅迫濃度的增加,木荷露白期ɑ-淀粉酶活性先減后增,發(fā)芽期則相反;在露白期楓香、胡枝子與馬尾松的β-淀粉酶活性以及發(fā)芽期胡枝子與馬尾松的ɑ-淀粉酶活性均呈先增后減的趨勢。楓香、木荷、馬尾松赤霉素含量均呈先增后減波動(dòng)。(6)傅里葉紅外光譜分析結(jié)果表明,楓香在pH-4.5、Cd-10處理下以及木荷、胡枝子在Cd-5處理下能夠加快分解碳水化合物,促進(jìn)合成蛋白質(zhì)、氨基酸、多肽類、有機(jī)酸物質(zhì)的合成和分泌,同時(shí)木荷與胡枝子能夠分泌酯類化合物和木質(zhì)素中苯羥基、醇、酯基、醚基或酚類等物質(zhì)更有利于種子的萌發(fā);酸鎘復(fù)合脅迫刺激了木荷、胡枝子與馬尾松氨基酸、多肽和蛋白質(zhì)類物質(zhì)的合成和分泌,用以絡(luò)合鎘實(shí)現(xiàn)解毒;同時(shí)對木荷、胡枝子與馬尾松種子萌發(fā)有較大促進(jìn)作用,但對楓香種子萌發(fā)有較大抑制作用。馬尾松對酸脅迫有較強(qiáng)耐性,pH-3.5處理的馬尾松種子內(nèi)總糖、纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)、維生素等各有機(jī)質(zhì)含量達(dá)最大值。此外細(xì)胞壁對Cd~(2+)有固定作用并有巰基(S—H)參與形成金屬硫蛋白。(7)4個(gè)樹種種子萌發(fā)及形態(tài)生理各指標(biāo)的隸屬函數(shù)分析表明,楓香與馬尾松在pH-4.5、Cd-5處理下以及木荷在pH-5.5+Cd-5、pH-5.5、Cd-10、Cd-5處理下綜合隸屬函數(shù)值均高于CK,可見以上處理對楓香、馬尾松與木荷種子萌發(fā)及幼苗生長有一定促進(jìn)作用。而pH-3.5與Cd-20均會(huì)對楓香、馬尾松與木荷產(chǎn)生不同程度的抑制作用。但胡枝子的隸屬函數(shù)值均低于CK,總體表現(xiàn)為抑制作用。綜上,楓香、木荷、胡枝子與馬尾松種子對重金屬鎘和酸存在不同的階段性響應(yīng)。一定濃度的酸、鎘脅迫有利于4個(gè)樹種種子萌發(fā)與芽苗生長,另外細(xì)胞壁對Cd~(2+)有固定作用并有巰基(S—H)參與形成金屬硫蛋白限制鎘離子毒害,不同萌發(fā)時(shí)期均能誘導(dǎo)抗氧化酶和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來清除體內(nèi)多余活性氧,提高植株抗氧化能力。同時(shí),淀粉酶活性、赤霉素對4個(gè)樹種種子萌發(fā)起著關(guān)鍵作用,促進(jìn)了4個(gè)樹種種子在酸、鎘脅迫下的萌發(fā),實(shí)現(xiàn)對鎘的解毒和耐酸性,從而適應(yīng)鎘和酸脅迫逆境。
【圖文】：

9圖 2-1 技術(shù)路線圖Fig.2-1 The technology roadmap試驗(yàn)材料試驗(yàn)用馬尾松、楓香、木荷、胡枝子種子購自江西九江某種子公司在廬摘的種子，存儲于 4℃冰箱備用。圖 2-1（a、b、c、d）分別為楓香、木荷、胡枝子種子。

圖 2-2 4 個(gè)樹種種子Fig.2-2 Seeds of 4 tree species設(shè)計(jì)長汀稀土礦廢棄地土壤酸化及鎘污染程度，，即 pH 值在 4.05~度 3.72~5.23 mg·kg-1范圍[10, 83]，設(shè)置不同 pH 值及鎘濃度脅迫分析純(CH3COO)2Cd·3H2O 配制，濃度分別為：0（以去離子 mg·L-1（文中以 ck、Cd-5、Cd-10、Cd-20 表示）；pH 調(diào)節(jié)采用 Ck（去離子水對照），5.5，4.5，3.5（文中以 ck、pH-5.5、pH-4酸鎘復(fù)合脅迫為 pH-5.5+Cd-5。萌發(fā)試驗(yàn)：先將馬尾松、楓香、木荷、胡枝子的種子用 0.3％浸泡 30 min 后，用超純水沖洗 6 遍，然后用超純水浸泡 24 h種子，余下的種子用濾紙吸干表面的水分，用于脅迫試驗(yàn)。用 工氣候箱（寧波江南儀器廠）進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)，培養(yǎng)條件為溫
【學(xué)位授予單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X503.23

【參考文獻(xiàn)】

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4 胡博華;徐R

本文編號：2666352