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重金属广泛存在于各种自然环境,但人类在对自然界进行开发利用时,往往忽视可持续发展,且不注重污染防治,从而使大量的重金属流入环境,并危及整个生态系统的正常运行。目前,虽已对重金属在植物体内的吸收、转移和富集等开展大量研究,但主要是以水生植物、农作物以及小部分木本植物为研究对象,同时局限于研究重金属污染对植物的毒害作用及其耐受重金属胁迫的机理,对在重金属胁迫下,木本植物的生长发育、抗虫性及其为害昆虫的解毒机制等方面知之甚少。本研究以1年生银中杨(Populus alba×P berolinensis 和舞毒蛾(Lymantria dispar)为研究对象,通过用不同浓度的Cd、Zn或Pb溶液处理盆栽银中杨生长的土壤,分析银中杨对重金属的富集特性、重金属胁迫对银中杨生长发育和化学防御.的影响,以及分析其为害昆虫舞毒蛾的生长发育状况和应对重金属胁迫的解毒机制,旨在揭示重金属胁迫下银中杨及舞毒蛾的生理生态响应机理,进而为重金属污染地区的林木害虫防治提供基础理论依据。主要研究结果如下:(1)对重金属的富集特性。银中杨各部位对Cd、Zn或Pb的富集量均与土壤中相应的重金属浓度呈极显著的正相关,且土壤Cd、Zn或Pb的浓度也影响银中杨对其的富集系数,并呈根茎叶特异性。银中杨根茎叶之间,对Cd的富集量未表现出任何规律,但对Cd的富集系数,在低浓度处理下趋势一致,在高浓度处理下根显著低于茎和叶;对Zn的富集量和富集系数,在低浓度处理下叶>根>茎,或在中、高浓度处理下根>叶>茎;对Pb的富集量和富集系数,在各浓度处理下均表现为根显著高于茎和叶。(2)对银中杨生长发育的影响。Cd和Pb、以及微量元素Zn各浓度胁迫均显著降低银中杨的生长参数(株高、根长和地径)和生物量参数(根、茎、叶的鲜重和干重),且生长和生物量参数均随Cd、Zn或Pb胁迫浓度的升高而不同程度降低,但下降趋势并不均显著。(3)对银中杨化学防御的影响。在胁迫后第30、40和50 d,与对照相比,Cd、Zn或Pb各浓度处理均显著降低银中杨叶片内蛋白质和可溶性糖的含量,且Cd或Pb胁迫下蛋白质和可溶性糖含量均与胁迫浓度呈负相关,而在Zn胁迫下,处理组之间蛋白质含量均差异不显著、可溶性糖含量均表现为随胁迫浓度的增高而增高。Cd、Zn或Pb各浓度处理均使叶片内黄酮和木质素含量在各时间段高于对照,且在Zn和Pb处理组,低浓度处理下黄酮和木质素含量高于中、高浓度处理,而在Cd处理组,黄酮和木质素含量均随胁迫浓度的升高而增加。与对照相比,Cd各浓度处理在各时间段均显著提高叶片内苯丙氨酸解氨酶(PAL)和多酚氧化酶(PPO)活性。然而,在Zn或Pb胁迫下,PAL活性均呈一种先促后抑的时间效应,而PPO活性分别表现为显著降低和呈一种低促高抑的浓度效应。此外,Cd或Zn各浓度胁迫均使叶片内胰蛋白酶抑制剂(TI)和胰凝乳蛋白酶抑制剂(CI)活性在各时间段显著低于对照。而在Pb胁迫下,与对照相比,TI和CI活性呈一种低促高抑的浓度效应。(4)对舞毒蛾生长发育的影响。取食Cd或Pb胁迫下银中杨的叶片后,与对照相比,舞毒蛾3-5龄幼虫的体重、体长、头壳宽、雌/雄蛹重和产卵量均显著降低,且幼虫的发育历期均显著延长。此外,除雄蛹重和4-5龄幼虫的发育历期与对照差异不显著之外,舞毒蛾的生长发育和繁殖参数对Zn胁迫的响应趋势与Cd或Pb一致,均显著低于对照。然而,在Cd、Zn或Pb胁迫下,舞毒蛾幼虫的存活率、化蛹率和羽化率均与对照差异不显著,且各处理组的存活率和化蛹率甚至高达100%。(5)对舞毒蛾虫酶的影响。与对照相比,在Cd或Zn胁迫下,舞毒蛾幼虫超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性随龄期的增加而逐渐被抑制,但在Pb胁迫下,4-5龄幼虫的SOD活性均与对照差异不显著,而CAT活性均显著高于对照。在Cd或Pb胁迫下,酸性磷酸酶(ACP)和碱性磷酸酶(AKP)活性在第4龄时与对照差异不显著,但在第5龄,呈现出一种相反的状态,表现为ACP活性显著高于对照,AKP活性显著低于对照。而在Zn胁迫下,4-5龄幼虫的ACP和AKP活性均显著高于对照。取食Cd、Zn或Pb胁迫下银中杨的叶片后,4龄幼虫的淀粉酶和蛋白酶活性均与对照差异不显著,但对5龄幼虫造成一种毒物兴奋效应,使其活性均高于对照。(6)对舞毒蛾幼虫食物利用的影响。取食Cd、Zn或Pb胁迫下银中杨的叶片后,舞毒蛾3-5龄幼虫的食物消耗率均高于对照、转化率均低于对照,而对幼虫食物利用率的影响却呈发育阶段特异性,表现为3-4龄幼虫的食物利用率与对照差异不显著,而5龄却均显著低于对照。(7)舞毒蛾幼虫对重金属的外泌机制。取食Cd、Zn或Pb胁迫下银中杨的叶片后,舞毒蛾3-6龄幼虫中的相应重金属浓度和含量均显著高于对照,但随龄期的增长,其体内的Cd、Zn或Pb浓度均降低,而Cd、Zn或Pb含量却不同程度的升高。此外,各处理组舞毒蛾3-6龄幼虫粪便和虫蜕中的相应重金属浓度也均显著高于对照。综上所述,Cd、Zn或Pb均能沿着土壤-银中杨-舞毒蛾食物链进行迁移累积,且被富集后能显著影响银中杨的生长发育和化学防御特性,并干扰舞毒蛾的生长发育和繁殖能力,但舞毒蛾能利用自身的解毒或避毒机制来抵御重金属介导的植物化学防御以及元素防御对其幼虫存活、化蛹和羽化造成的不利影响,如激活抗氧化和解毒酶系、对重金属进行外泌以及提高食物消耗率等。