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本文以燕麦、花生为试验材料,研究了燕麦、花生Cd积累及其生理效应,以及施入硅对花生Cd毒害的缓解作用,主要研究成果如下:
1.利用实验室水培模拟试验,研究了轻度Cd胁迫条件下10个燕麦品种生长、吸收积累Cd及品种间耐Cd能力的差异性,结果表明:
(1)经5μmol·L-1的Cd处理后,供试燕麦品种的株高、根长、地上部与地下部生物量出现不同程度的下降,不同品种间存在明显的差异,其中品5号生物产量下降幅度最小,耐Cd指数最高。
(2)Cd胁迫条件下,供试燕麦叶绿素含量、根系活力不同程度降低;过氧化物酶活性、脯氨酸含量不同程度增加,并且这些指标的增减幅品种之间差异显著。Cd胁迫下,各品种叶片过氧化物酶活性增加率、脯氨酸增加率与供试燕麦耐Cd性呈显著正相关,根系活力降低率与燕麦耐Cd性呈显著负相关,这三者可作为供试材料耐Cd性的生化指标。
(3)不同品种燕麦对Cd的吸收与积累也存在明显差异。燕麦Cd的吸收转运与耐性没有直接的联系。其中品5号地上部生长抑制率最小,并且Cd含量、Cd转运量较少,表现出较强的耐Cd性,在轻度Cd污染土壤上种植品5号有利于降低Cd污染对人类健康的风险。
2.以花生(鲁花14)为材料,采用盆栽的方法,设置0.10(CK)、3.24、7.35、8.38、18.80mg·kg-15种土壤Cd浓度,研究了土壤Cd胁迫对鲁花14生长、吸收积累Cd及生理生化等的影响,结果表明:
(1)Cd对花生的毒害作用表现在:生物量下降、植株各器官Cd含量与Cd积累量增加、光合色素含量减小、光合作用降低、电解质渗透率增加、MDA含量增加、矿质元素吸收改变和抗氧化酶系统紊乱等。Cd对花生成熟期的毒害作用大于初花期。
(2)花生自身具有一定的自我防卫体系,表现在:①增加渗透物质脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖的积累,来抵御Cd引起的细胞伤害;②抗氧化酶活性升高,清除Cd毒害引起的活性氧自由基;③植株吸收的Cd主要积累在细胞壁而免受Cd毒害等,但这些防卫系统的能力与Cd浓度及Cd处理时间有关。
3.以鲁花14为材料,采用盆栽的方法,设置0.10(CK)、3.24、7.35、8.38、18.80mg·kg-15种土壤Cd浓度,并在各个Cd处理上加入外源Si,Si的浓度为400、800mg·kg-1,研究了施Si对Cd胁迫下花生生长、吸收积累Cd及生理生化的等影响,结果表明:
(1)在Cd污染土壤上,施加一定量的硅可以缓解Cd对花生的毒害作用,但存在硅剂量效应,本试验中400mg·kg-1的硅比800mg·kg-1的硅效果好,可以在不影响作物生物量和产量的同时,降低花生各器官Cd含量和Cd积累量。
(2)外源硅能够缓解花生的Cd毒害,其可能的机理为:①提高抗氧化系统酶SOD、POD和CAT活性,降低丙二醛含量和电解质渗透率,增加脯氨酸和可溶性蛋白含量;②降低花生Cd含量,尤其是抑制Cd向地上部转运。