隨著有機肥、污泥及礦質(zhì)肥料的不合理施用,我國土壤存在重金屬污染問題,小白菜也存在鎘(Cd)超標并產(chǎn)生污染的風險。我國小白菜品種多,不同品種對鎘(Cd)毒害的響應存在明顯的基因型差異。因此,本研究以根系耐性指數(shù)為指標,從12個小白菜品種中篩選到兩個受抑制程度有顯著差異的品種,上海青(鎘敏感)和杭油冬(耐鎘型)。利用這兩個品種為試驗材料,研究在重金屬Cd污染條件下,小白菜生長、離子吸收、光合作用、抗氧化系統(tǒng)、Cd在植物中的亞細胞分布。在此基礎(chǔ)上,通過添加外源Si來減少Cd向地上部的運輸,利用電鏡技術(shù)和化學方法從細胞水平研究Si對Cd脅迫下小白菜的細胞超微結(jié)構(gòu)和根系的膜脂過氧化傷害的緩解效應。主要研究結(jié)果如下： 一、鎘脅迫對小白菜生長、鎘吸收及亞細胞分布的影響 在本試驗兩個Cd濃度下(0.5mgL-1和5.0mgL-1),Cd影響了小白菜的生長,使生物量隨Cd濃度增加而顯著降低,不同部位的Cd含量及累積量不同基因型間存在一定的差異。兩個小白菜地上部各細胞器中的Cd濃度隨處理濃度的升高而增加,這與地上部總Cd濃度趨勢一致。在不同Cd濃度處理時,Cd主要積累在細胞質(zhì)中其次是細胞壁,在細胞器中含量最少。在0.5mgL-1Cd處理下,上海青地上部各器官細胞中Cd含量稍低于杭油冬；在處理濃度增加到5mgL-1時,上海青地上部各細胞器官Cd含量顯著高于杭油冬；在相同處理條件下,兩個品種地下部各細胞器官在低濃度處理時上海青Cd含量低于杭油冬,但差異不顯著,且Cd主要積累在細胞質(zhì)中,其次是細胞壁,在細胞器中含量最少,這與地上部分布一致,但在高濃度處理時上海青地下部各細胞器官Cd含量顯著低于杭油冬,且Cd主要累積在細胞壁中。 二、鎘脅迫對不同基因型小白菜光合作用及可溶性糖含量的影響 隨著鎘脅迫濃度的提高,供試兩個小白菜品種的凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Cs)、蒸騰速率(Tr)、水分利用率(WUE)、氣孔限制值(Ls)和葉綠素含量都呈現(xiàn)下降的趨勢；細胞間隙CO2濃度(ci)在不同cd處理下均增加,與氣孔限制值(Ls)的變化正好相反。耐性不同的兩個小白菜品種的上述指標的增加或降低的幅度均表現(xiàn)為,較耐Cd品種小于Cd敏感品種。Cd脅迫下,葉綠素含量都有下降,且差異顯著。 三、鎘脅迫對小白菜幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響 在Cd脅迫下,兩個供試品種隨著處理濃度和處理時間的延長,丙二醛(MDA)和過氧化氫(H2O2)含量都有所增加,Cd敏感型品種增加的幅度或速度都明顯大于耐Cd型品種；GSH和NPT含量隨著處理濃度的增加和處理時間的延長都表現(xiàn)出上升的趨勢；Cd脅迫同樣使小白菜幼苗葉片超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)酶活性發(fā)生變化。低Cd處理1天時,兩個品種SOD活性增強,隨著處理濃度的增加和處理時間的延長,SOD活性都有所降低；兩個品種葉片CAT酶活性在低濃度處理下,隨著處理時間的延長表現(xiàn)出升高的趨勢,隨著處理濃度的增加,又呈現(xiàn)下降的趨勢。 四、硅對鎘脅迫小白菜生長和礦質(zhì)營養(yǎng)元素和葉片抗氧化系統(tǒng)的影響 Cd脅迫下兩個小白菜葉片出現(xiàn)失綠癥狀,顯著抑制了兩個小白菜品種生物量積累,特別是上海青下降幅度比較大,Cd積累量顯著高增加,Cd導致小白菜P,K,Ca和Mg含量及微量元素增加,體內(nèi)大量,微量元素含量平衡遭到破壞,葉片抗氧化系統(tǒng)酶活性降低,同工酶條帶變少、變淡,葉片中H2O2、MDA、AsA、GSH和NPT含量顯著增加。但是,加Si促進小白菜生物量積累,抑制了某些元素在小白菜體內(nèi)的不平衡移動,減緩Cd造成的破壞；加Si可降低地上部/地下部Cd的含量,增強了植物葉片抗氧化系統(tǒng)酶活性,這種Si緩解Cd毒害效應在利用非變性凝膠電泳得到的抗氧化系統(tǒng)酶同工酶的變化圖譜中又得到了證明；加Si也進一步增加了AsA、GSH和NPT含量。這種緩解效應在耐性品種杭油冬葉片中效果更加顯著。 五、硅對鎘脅迫下小白菜根系的緩解效應 Cd脅迫下,兩個小白菜根長顯著降低,特別是敏感型品種上海青,降低了SOD、CAT和APX酶活性,誘導了兩個小白菜根部H2O2、MDA、AsA、GSH和NPT含量的迅速增加,加Si后除AsA、GSH和NPT含量仍表現(xiàn)進一步增加的趨勢外,其它指標都發(fā)生相反的趨勢變化。Cd誘導了植物細胞死亡,導致根系質(zhì)膜完整性遭到破壞,和質(zhì)脂過氧化傷害。加Si后緩解了質(zhì)膜完整性破壞和質(zhì)脂過氧化傷害。這種緩解效應在耐性品種杭油冬根系中比敏感型品種上海青品種根系顯著。結(jié)果都表示杭油冬根系與上海青相比不易于遭受Cd脅迫誘導的脂膜過氧化傷害。六、硅對鎘脅迫下小白菜葉片和根系超微結(jié)構(gòu)的影響 在Cd脅迫下,小白菜品種葉片的氣孔和葉綠體結(jié)構(gòu)明顯受到損傷,氣孔變形,葉綠體膨脹,葉綠體的基質(zhì)片層結(jié)構(gòu)破壞,片層方向紊亂。根細胞在Cd脅迫下細胞壁呈現(xiàn)不規(guī)則的增厚,出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象,細胞器融合,部分細胞液泡化程度提高。相比之下,加Si改善Cd脅迫下氣孔形態(tài)和葉綠體超微結(jié)構(gòu),加Si處理使氣孔結(jié)構(gòu)變的完整,使葉綠體結(jié)構(gòu)也變的完整,基質(zhì)片層排列較為有序。加Si后使根系細胞質(zhì)壁分離現(xiàn)象得到緩解。結(jié)果都顯示上海青葉片和根系超微結(jié)構(gòu)在Cd脅迫下更易于受到傷害。
【學位單位】：南京農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2009
【中圖分類】：X173
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
縮略語
第一章 文獻綜述
    1.1 Cd污染的來源
        1.1.1 廢氣
        1.1.2 污灌
        1.1.3 污施
    1.2 Cd對植物生理生化的影響
        1.2.1 Cd對光合系統(tǒng)的影響
        1.2.2 Cd對可溶性糖含量的影響
        1.2.3 Cd對植物呼吸作用的影響
        1.2.4 Cd對植物離子吸收的影響
        1.2.5 Cd對植物活性氧代謝的影響
        1.2.6 Cd對植物MDA含量的影響
    1.3 Cd對細胞結(jié)構(gòu)的影響
        1.3.1 Cd對細胞超微結(jié)構(gòu)的影響
        1.3.2 Cd對細胞膜透性的影響
        1.3.3 Cd對植物細胞核DNA損傷的影響
    1.4 植物對Cd的抗性研究
        1.4.1 誘導蛋白（多肽）
        1.4.2 酶蛋白及其它蛋白
        1.4.3 與細胞壁結(jié)合
        1.4.4 排外和富集
    1.5 硅在植物抗逆中的作用
        1.5.1 硅在協(xié)助植物抗生物脅迫中的作用
        1.5.2 硅在協(xié)助植物抗非生物脅迫中的作用
    1.6 研究思路
    1.7 技術(shù)路線
第二章 不同鎘水平對不同小白菜幼苗生長的影響
    摘要
    2.1 引言
    2.2 材料和方法
    2.3 結(jié)果與分析
        2.3.1 Cd脅迫下不同小白菜品種幼苗株高和根長的影響
        2.3.2 Cd脅迫下對不同小白菜品種地上部和地下部耐性指數(shù)的影響
    2.4 討論
    2.5 小結(jié)
第三章 鎘脅迫對小白菜生長、鎘吸收及亞細胞分布的影響
    摘要
    3.1 引言
    3.2 材料與方法
    3.3 結(jié)果與分析
        3.3.1 Cd脅迫對小白菜幼苗生物量的影響
        3.3.2 Cd脅迫對小白菜Cd吸收的影響
        3.3.3 Cd在地上部和根系中的分配
        3.3.4 Cd脅迫對小白菜地上部Cd亞細胞分布的影響
        3.3.5 Cd脅迫對小白菜地下部Cd亞細胞分布的影響
    3.4 討論
    3.5 小結(jié)
第四章 鎘脅迫對小白菜光合作用及可溶性糖含量的影響
    摘要
    4.1 引言
    4.2 材料與方法
    4.3 結(jié)果與分析
        4.3.1 Cd脅迫對小白菜光合特性的影響
        4.3.2 Cd脅迫對小白菜葉片葉綠素含量的影響
        4.3.3 Cd脅迫對小白菜可溶性糖含量的影響
    4.4 討論
    4.5 小結(jié)
第五章 鎘脅迫對小白菜幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響
    摘要
    5.1 引言
    5.2 材料與方法
    5.3 試驗結(jié)果
2O₂含量的影響'>        5.3.1 Cd脅迫對小白菜幼苗葉片H₂O₂含量的影響
        5.3.2 Cd脅迫對小白菜幼苗葉片MDA含量的影響
        5.3.3 Cd脅迫對小白菜幼苗葉片保護酶活性的影響
        5.3.4 Cd脅迫對小白菜幼苗葉片GSH含量的影響
        5.3.5 Cd脅迫對小白菜幼苗葉片NPT含量的影響
    5.4 討論
    5.5 小結(jié)
第六章 硅對鎘脅迫下小白菜生長和吸收礦質(zhì)營養(yǎng)元素的影響
    摘要
    6.1 引言
    6.2 材料和方法
    6.3 結(jié)果與分析
        6.3.1 Si對Cd脅迫下小白菜幼苗生物量的影響
        6.3.2 Si對Cd脅迫下小白菜Cd吸收的影響
        6.3.3 Si對Cd脅迫下小白菜P、K、Ca和Mg的影響
        6.3.4 Si對Cd脅迫下小白菜Fe、Cu和Zn含量的影響
    6.4 討論
    6.5 小結(jié)
第七章 硅對鎘脅迫下小白菜葉片毒害的緩解效應
    摘要
    7.1 引言
    7.2 材料和方法
    7.3 結(jié)果和分析
        7.3.1 Cd脅迫小白菜幼苗地上部和地下部Si含量
2O₂的影響'>        7.3.2 Si對Cd脅迫下小白菜葉片中H₂O₂的影響
        7.3.3 Si對Cd脅迫下兩個小白菜葉片中MDA含量的影響
        7.3.4 Si對Cd脅迫下小白菜葉片SOD、CAT和APX活性的影響
        7.3.5 Si對Cd脅迫下小白菜葉片SOD、CAT和APX同工酶的影響
        7.3.6 Si對Cd脅迫下小白菜葉片GSH、NPT和AsA含量的影響
    7.4 討論
    7.5 小結(jié)
第八章 硅對鎘脅迫下小白菜根系毒害的緩解效應
    摘要
    8.1 引言
    8.2 材料和方法
    8.3 結(jié)果和分析
        8.3.1 Si對Cd脅迫下小白菜根長的影響
2O₂含量的影響'>        8.3.2 Si對Cd脅迫下小白菜根系H₂O₂含量的影響
        8.3.3 Si對Cd脅迫下小白菜根系MDA含量的影響
        8.3.4 Si對Cd脅迫下小白菜根系質(zhì)膜完整性和質(zhì)脂過氧化的影響
        8.3.5 Si對Cd脅迫下小白菜根系SOD、CAT和APX活性的影響
        8.3.6 Si對Cd脅迫下小白菜根系SOD、CAT和APX同工酶活性的影響
        8.3.7 Si對Cd脅迫下小白菜根系NPT、GSH和AsA含量的影響
    8.4 討論
    8.5 小結(jié)
第九章 硅對鎘脅迫下小白菜葉片和根系超微結(jié)構(gòu)的影響
    摘要
    9.1 引言
    9.2 材料與方法
    9.3 結(jié)果
        9.3.1 Si對Cd脅迫下兩個小白菜葉片表皮氣孔的影響
        9.3.2 Si對Cd脅迫下兩個小白菜品種幼苗葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響
        9.3.3 Si對Cd脅迫下兩個小白菜品種幼苗根系超微結(jié)構(gòu)的影響
    9.4 討論
    9.5 小結(jié)
全文結(jié)論與展望
    一:全文主要結(jié)論
    二:展望
參考文獻
創(chuàng)新之處
致謝
攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文


本文編號：2831214