重金属镉对黄瓜幼苗生理特性的影响及嫁接缓解镉毒害的生理机制研究

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由于工矿三废排放和农用化学品的过量使用,导致土壤重金属镉(Cd)大量积累,从而导致蔬菜受到严重污染,给人类健康带来潜在危险。黄瓜(Cucumis sativausL.)是世界各地广为栽培的重要蔬菜作物,而嫁接作为一种有效的抗逆措施广泛应用于黄瓜的生产。嫁接在提高黄瓜的抗病性、耐盐性、耐铜性中的作用已得到研究证实,但是能否提高黄瓜的耐镉性及相关的机制还未开展研究。本论文通过研究不同砧木黄瓜嫁接苗对镉胁迫的生长生理响应,以及黄瓜嫁接苗对镉毒害的适应机制,以期探明镉对黄瓜嫁接苗生长、光合作用及矿质元素吸收的影响,探讨嫁接缓解重金属镉毒害的生理机制。主要研究结果如下:1.以“津春2号”为接穗,“津春2号”、“超丰抗生王”和“黑籽南瓜”为砧木嫁接,研究了0、5、10 mg/L 3种浓度Cd2+处理对3种黄瓜嫁接苗生长、有机渗透调节物质、镉积累分配、矿质元素吸收以及光合作用的影响。结果表明:随着Cd2+处理浓度的升高,根系变褐,根长、茎粗及株高减小,砧木和接穗干鲜重显著降低。与未加镉处理相比,Cd2+处理后嫁接苗MDA含量以及脯氨酸含量均显著上升,MDA含量高低为“津春2号”自嫁苗>“黑籽南瓜”嫁接苗>“超丰抗生王”嫁接苗。嫁接苗各部位的镉含量随着镉处理浓度的增加而显著增加,且镉含量在不同营养器官中分布表现为梯度降低,根系>砧木茎>接穗茎>叶片;10 mg/L Cd2+处理下,Cd2+含量高低表现为自嫁苗>“超丰抗生王”嫁接苗>“黑籽南瓜”嫁接苗,且差异达显著水平。镉胁迫下,黄瓜嫁接苗Ca、Mg、Cu、Fe、Zn元素吸收受到显著影响,但不同砧木、不同部位以及不同元素变化趋势存在差异。此外,镉处理降低了叶绿素含量,抑制了叶片光合作用,“超丰抗生王”嫁接苗受抑制程度最大,其ETR以及Pn等均显著下降并且显著低于自嫁苗;而“黑籽南瓜”嫁接苗叶绿素含量维持在较高水平,高镉胁迫下其PSⅡ的电子传递速率较大,用于碳同化的能量高。2.以“津春2号”为接穗,“津春2号”和“黑籽南瓜”为砧木嫁接,研究了嫁接对镉毒害作用的缓解机制。结果表明:镉胁迫下,黄瓜嫁接苗根系和叶片内的MDA和O2-含量均显著上升,且自嫁苗显著高于“黑籽南瓜”嫁接苗,此外根系内的MDA和H2O2含量高于叶片。伴随着膜损伤,嫁接苗根系和叶片内的抗氧化剂含量显著上升,“黑籽南瓜”嫁接苗根系内的AsA、GSH和GSSG显著高于自嫁苗,叶片内的GSH和GSSG则低于自嫁苗,且两种嫁接苗根系内抗氧化剂含量高于叶片。黄瓜嫁接苗还通过根系内大量累积Cd以减缓其对叶片的损伤,通过亚细胞区隔化作用,将Cd大量累积在细胞壁中,减缓其对细胞器等的损伤,以保护细胞器正常的生理作用。“黑籽南瓜”嫁接苗根系内累积的镉含量仅为自嫁苗的63%,可有效的减少镉在地上部分的累积。根系内黄瓜自嫁苗无机态和有机可溶态镉含量(活性较强)所占百分比(44.63%)高于“黑籽南瓜”嫁接苗(40.56%),而磷酸态和草酸态镉含量(活性较弱)所占百分比(29.33%)低于“黑籽南瓜”嫁接苗(32.01%)。这更有利于缓解镉的毒害作用。
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