發(fā)布時間：2020-06-13 02:35

【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)領域大量使用,導致環(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REEs暴露風險的植物學評價研究內(nèi)容豐富,但多從個體層級進行探討,而種群作為物種在自然界存在的基本單位,從種群層級進行研究則更符合客觀實際。研究顯示REEs對大豆植株的危害因種群密度差異而不同,然而,種群特征復雜,各參數(shù)對環(huán)境的指示效應不盡相同,而繁殖率影響種群的資源利用、競爭、生存,也是制約種群動態(tài)的關鍵因素之一。因此,如能利用種群繁殖率對REEs暴露的環(huán)境安全進行評價,或有一定現(xiàn)實意義。鑒于此,本研究采用模擬環(huán)境中REEs暴露的實驗設計,從種群層級探究REEs植物污染效應,以美國環(huán)境保護署推薦用于毒理學研究的經(jīng)濟作物大豆(Glycine max)種群為實驗材料,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)進行La(Ⅲ)處理植株后生長至成熟期,結合測定表征種群繁殖率的相關指標,來研究La(Ⅲ)對不同密度大豆種群繁殖率的影響,并從種群構件生長和呼吸作用的視角來揭示其影響機理。主要研究結果如下:(1)La(Ⅲ)對大豆種群繁殖率的影響。對于幼苗期大豆種群,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))處理對于所有密度大豆種群上述指標均呈現(xiàn)抑制作用。對于花莢期和鼓粒期大豆種群,低濃度La(Ⅲ)處理促進上述指標,而中、高濃度La(Ⅲ)抑制上述指標,且抑制程度隨La(Ⅲ)濃度增加而增加。同步觀測發(fā)現(xiàn),La(Ⅲ)對不同密度大豆種群上述指標的抑制作用隨著種群密度增加而減弱。La(Ⅲ)對不同生育期大豆種群上述指標的影響程度總體呈現(xiàn):幼苗期花莢期鼓粒期。(2)從種群構件生長角度揭示La(Ⅲ)對大豆種群繁殖率的影響機理。對于幼苗期大豆種群,低濃度La(Ⅲ)處理降低低密度大豆種群葉面積、莖長、根長、根體積、根表面積、地上部干重和地下部干重,而促進中、高密度大豆種群上述指標;中、高濃度La(Ⅲ)處理下對于幼苗期大豆種群上述指標均呈現(xiàn)抑制作用。對于花莢期和鼓粒期大豆種群,低濃度La(Ⅲ)處理促進上述指標,而中、高濃度La(Ⅲ)抑制上述指標,且抑制程度隨La(Ⅲ)濃度增加而增加。同步觀測發(fā)現(xiàn),La(Ⅲ)對于不同密度大豆種群上述指標的抑制作用隨La(Ⅲ)處理時間延長而增加,隨種群密度增加而減弱。相關性分析顯示:幼苗期處理,大豆種群繁殖率指標主要與根系構件指標呈現(xiàn)相關性,表明幼苗期下主要通過影響根系對養(yǎng)分的吸收以及呼吸作用能量的供應來影響繁殖率;花莢期和鼓粒處理,大豆種群繁殖率指標與構件指標均呈現(xiàn)相關性,這表明花莢期下作為生長發(fā)育旺盛期,需要構件生長來給予有機物和能量的供應,而鼓粒期下主要進行籽粒的形成和發(fā)育,這也是鼓粒期較花莢期相比在百粒重的相關性更強的原因。La(Ⅲ)對不同生育期大豆種群上述指標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)對大豆種群構件生長的影響機理。對于幼苗期大豆種群,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)、光呼吸關鍵酶(GO、GS、CAT)活性、暗呼吸關鍵酶(HK、PK、ICDH、COX)活性,而促進中、高密度大豆種群上述指標;中、高濃度La(Ⅲ)處理對于幼苗期大豆種群上述指標均呈現(xiàn)抑制作用。對于花莢期和鼓粒期大豆種群,低濃度La(Ⅲ)處理促進上述指標,而中、高濃度La(Ⅲ)抑制上述指標,且抑制程度隨La(Ⅲ)濃度增加而增加。同步觀測發(fā)現(xiàn),La(Ⅲ)對于不同密度大豆種群上述指標的抑制作用隨La(Ⅲ)處理時間延長而增加,隨種群密度增加而減弱。相關性分析顯示:幼苗期處理,大豆種群呼吸作用主要與地上構件生長呈現(xiàn)相關性,表明幼苗期主要影響著葉片光合作用有機物的積累以及莖長對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件生長均呈現(xiàn)相關性,這與所處生長旺盛的發(fā)育期有關,供應有機物和能量以滿足構件生長及后期籽粒的形成發(fā)育。La(Ⅲ)對不同生育期大豆種群上述指標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)對大豆種群繁殖率、構件生長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)對大豆種群上述指標的抑制作用隨著La(Ⅲ)濃度的增加和處理時間的延長而增強;同步觀測顯示,La(Ⅲ)對不同生育期大豆種群上述指標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±標準差。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).花莢期作為植物營養(yǎng)生長和繁殖生長的重要階段[88]，其生長發(fā)育狀況對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；而低濃度下對低密度大豆種群上述指標的促進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件生長旺盛，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 對植物的促進作用[90]。中、高濃度 La(III)處理下，對于所有密度大豆種群的上述指標均呈現(xiàn)抑制作用，且隨著 La(III)濃度的增加而增強，同時抑制程度較幼苗期有所減弱，這可以解釋為中、高濃度鑭會破壞線粒體結構，抑制大豆種群呼吸作用[92]，，故無法為種群構件生長所需提供足夠的能量，進而會抑制種群構件生長，而構件生長受抑則無法為種群繁殖器官的生長發(fā)育提供足夠原料，最終降低種群繁殖率；同時，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。同步觀測顯示，REEs 對于大豆種群上述指標的影響作用隨著種群密度的增加呈

第二章 La(III)對大豆種群繁殖率的影響這可能是因為鼓粒期大豆植株生長發(fā)育基本完成，其有機物和能量等資源主要向繁殖器官輸送，即進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。
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S565.1;X503.231

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本文編號：2710502