【摘要】：稀土元素(rare earth elements,REEs)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域大量使用,導(dǎo)致環(huán)境中REEs累積量逐漸攀升,成為無法忽視的環(huán)境問題。以往對(duì)REEs暴露風(fēng)險(xiǎn)的植物學(xué)評(píng)價(jià)研究?jī)?nèi)容豐富,但多從個(gè)體層級(jí)進(jìn)行探討,而種群作為物種在自然界存在的基本單位,從種群層級(jí)進(jìn)行研究則更符合客觀實(shí)際。研究顯示REEs對(duì)大豆植株的危害因種群密度差異而不同,然而,種群特征復(fù)雜,各參數(shù)對(duì)環(huán)境的指示效應(yīng)不盡相同,而繁殖率影響種群的資源利用、競(jìng)爭(zhēng)、生存,也是制約種群動(dòng)態(tài)的關(guān)鍵因素之一。因此,如能利用種群繁殖率對(duì)REEs暴露的環(huán)境安全進(jìn)行評(píng)價(jià),或有一定現(xiàn)實(shí)意義。鑒于此,本研究采用模擬環(huán)境中REEs暴露的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),從種群層級(jí)探究REEs植物污染效應(yīng),以美國(guó)環(huán)境保護(hù)署推薦用于毒理學(xué)研究的經(jīng)濟(jì)作物大豆(Glycine max)種群為實(shí)驗(yàn)材料,選取環(huán)境中普遍存在的REEs鑭[La(Ⅲ)]作為REEs代表,通過模擬REEs污染,在幼苗期、花莢期和鼓粒期內(nèi)進(jìn)行La(Ⅲ)處理植株后生長(zhǎng)至成熟期,結(jié)合測(cè)定表征種群繁殖率的相關(guān)指標(biāo),來研究La(Ⅲ)對(duì)不同密度大豆種群繁殖率的影響,并從種群構(gòu)件生長(zhǎng)和呼吸作用的視角來揭示其影響機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:(1)La(Ⅲ)對(duì)大豆種群繁殖率的影響。對(duì)于幼苗期大豆種群,低濃度La(Ⅲ)(0.08mmol·L~(-1))處理降低低密度(10株/盆)大豆種群莢數(shù)、粒數(shù)、百粒重和繁殖率,而促進(jìn)中、高密度(20、30和40株/盆)大豆種群莢數(shù)、粒數(shù)、百粒重和繁殖率;中、高濃度La(Ⅲ)(0.40和1.20 mmol·L~(-1))處理對(duì)于所有密度大豆種群上述指標(biāo)均呈現(xiàn)抑制作用。對(duì)于花莢期和鼓粒期大豆種群,低濃度La(Ⅲ)處理促進(jìn)上述指標(biāo),而中、高濃度La(Ⅲ)抑制上述指標(biāo),且抑制程度隨La(Ⅲ)濃度增加而增加。同步觀測(cè)發(fā)現(xiàn),La(Ⅲ)對(duì)不同密度大豆種群上述指標(biāo)的抑制作用隨著種群密度增加而減弱。La(Ⅲ)對(duì)不同生育期大豆種群上述指標(biāo)的影響程度總體呈現(xiàn):幼苗期花莢期鼓粒期。(2)從種群構(gòu)件生長(zhǎng)角度揭示La(Ⅲ)對(duì)大豆種群繁殖率的影響機(jī)理。對(duì)于幼苗期大豆種群,低濃度La(Ⅲ)處理降低低密度大豆種群葉面積、莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)、根體積、根表面積、地上部干重和地下部干重,而促進(jìn)中、高密度大豆種群上述指標(biāo);中、高濃度La(Ⅲ)處理下對(duì)于幼苗期大豆種群上述指標(biāo)均呈現(xiàn)抑制作用。對(duì)于花莢期和鼓粒期大豆種群,低濃度La(Ⅲ)處理促進(jìn)上述指標(biāo),而中、高濃度La(Ⅲ)抑制上述指標(biāo),且抑制程度隨La(Ⅲ)濃度增加而增加。同步觀測(cè)發(fā)現(xiàn),La(Ⅲ)對(duì)于不同密度大豆種群上述指標(biāo)的抑制作用隨La(Ⅲ)處理時(shí)間延長(zhǎng)而增加,隨種群密度增加而減弱。相關(guān)性分析顯示:幼苗期處理,大豆種群繁殖率指標(biāo)主要與根系構(gòu)件指標(biāo)呈現(xiàn)相關(guān)性,表明幼苗期下主要通過影響根系對(duì)養(yǎng)分的吸收以及呼吸作用能量的供應(yīng)來影響繁殖率;花莢期和鼓粒處理,大豆種群繁殖率指標(biāo)與構(gòu)件指標(biāo)均呈現(xiàn)相關(guān)性,這表明花莢期下作為生長(zhǎng)發(fā)育旺盛期,需要構(gòu)件生長(zhǎng)來給予有機(jī)物和能量的供應(yīng),而鼓粒期下主要進(jìn)行籽粒的形成和發(fā)育,這也是鼓粒期較花莢期相比在百粒重的相關(guān)性更強(qiáng)的原因。La(Ⅲ)對(duì)不同生育期大豆種群上述指標(biāo)的影響程度總體呈現(xiàn):幼苗期花莢期鼓粒期。主成分分析也可證明上述論斷。(3)從種群呼吸作用角度揭示La(Ⅲ)對(duì)大豆種群構(gòu)件生長(zhǎng)的影響機(jī)理。對(duì)于幼苗期大豆種群,低濃度La(Ⅲ)處理降低低密度大豆種群光呼吸速率(P_r)、暗呼吸速率(R_d)、光呼吸關(guān)鍵酶(GO、GS、CAT)活性、暗呼吸關(guān)鍵酶(HK、PK、ICDH、COX)活性,而促進(jìn)中、高密度大豆種群上述指標(biāo);中、高濃度La(Ⅲ)處理對(duì)于幼苗期大豆種群上述指標(biāo)均呈現(xiàn)抑制作用。對(duì)于花莢期和鼓粒期大豆種群,低濃度La(Ⅲ)處理促進(jìn)上述指標(biāo),而中、高濃度La(Ⅲ)抑制上述指標(biāo),且抑制程度隨La(Ⅲ)濃度增加而增加。同步觀測(cè)發(fā)現(xiàn),La(Ⅲ)對(duì)于不同密度大豆種群上述指標(biāo)的抑制作用隨La(Ⅲ)處理時(shí)間延長(zhǎng)而增加,隨種群密度增加而減弱。相關(guān)性分析顯示:幼苗期處理,大豆種群呼吸作用主要與地上構(gòu)件生長(zhǎng)呈現(xiàn)相關(guān)性,表明幼苗期主要影響著葉片光合作用有機(jī)物的積累以及莖長(zhǎng)對(duì)光資源和空間的利用效率;花莢期和鼓粒期處理,大豆種群呼吸作用和構(gòu)件生長(zhǎng)均呈現(xiàn)相關(guān)性,這與所處生長(zhǎng)旺盛的發(fā)育期有關(guān),供應(yīng)有機(jī)物和能量以滿足構(gòu)件生長(zhǎng)及后期籽粒的形成發(fā)育。La(Ⅲ)對(duì)不同生育期大豆種群上述指標(biāo)的影響程度總體呈現(xiàn):幼苗期花莢期鼓粒期。主成分分析也可證明上述論斷。通過上述研究發(fā)現(xiàn),La(Ⅲ)對(duì)大豆種群繁殖率、構(gòu)件生長(zhǎng)和呼吸作用的影響隨著種群密度的增加而減弱,且中、高濃度La(Ⅲ)對(duì)大豆種群上述指標(biāo)的抑制作用隨著La(Ⅲ)濃度的增加和處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng);同步觀測(cè)顯示,La(Ⅲ)對(duì)不同生育期大豆種群上述指標(biāo)的影響程度總體呈現(xiàn):幼苗期花莢期鼓粒期。
【圖文】：

圖 2-2 La(III)對(duì)花莢期大豆種群繁殖率參數(shù)的影響。所有數(shù)據(jù)均顯示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。Fig. 2-2 Effects of La(III) on the reproduction rate parameters of soybean population at the floweringand podding stage. All values show mean value ± standard error (SE).花莢期作為植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和繁殖生長(zhǎng)的重要階段[88]，其生長(zhǎng)發(fā)育狀況對(duì)于后期植物種群繁殖率的高低有著重要影響。上述研究表明，低濃度 La(III)處理下，與對(duì)照相比，所有密度下大豆種群莢數(shù)、粒數(shù)、百粒重和繁殖率均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；而低濃度下對(duì)低密度大豆種群上述指標(biāo)的促進(jìn)作用有別于幼苗期下的抑制作用，這可能是由于花莢期大豆種群植株構(gòu)件生長(zhǎng)旺盛，生物量增加，這使得同等濃度 La(III)處理下植株單位生物量鑭含量降低，故而表現(xiàn)為 REEs 對(duì)植物的促進(jìn)作用[90]。中、高濃度 La(III)處理下，對(duì)于所有密度大豆種群的上述指標(biāo)均呈現(xiàn)抑制作用，且隨著 La(III)濃度的增加而增強(qiáng)，同時(shí)抑制程度較幼苗期有所減弱，這可以解釋為中、高濃度鑭會(huì)破壞線粒體結(jié)構(gòu)，抑制大豆種群呼吸作用[92]，，故無法為種群構(gòu)件生長(zhǎng)所需提供足夠的能量，進(jìn)而會(huì)抑制種群構(gòu)件生長(zhǎng)，而構(gòu)件生長(zhǎng)受抑則無法為種群繁殖器官的生長(zhǎng)發(fā)育提供足夠原料，最終降低種群繁殖率；同時(shí)，花莢期大豆種群植株較幼苗期生物量大，故而減弱同等 La(III)濃度下的抑制作用。同步觀測(cè)顯示，REEs 對(duì)于大豆種群上述指標(biāo)的影響作用隨著種群密度的增加呈

第二章 La(III)對(duì)大豆種群繁殖率的影響這可能是因?yàn)楣牧Ｆ诖蠖怪仓晟L(zhǎng)發(fā)育基本完成，其有機(jī)物和能量等資源主要向繁殖器官輸送，即進(jìn)行籽粒的形成和積累[88]，而籽粒的數(shù)量和表征質(zhì)量的百粒重對(duì)繁殖率和繁殖狀況有著主要影響，故而稀土 La(III)污染在此階段的影響較為顯著。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S565.1;X503.231

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本文編號(hào)：2710502