论文部分内容阅读
对蔬菜生产的极大需求与不恰当的人为操作使中国东北地区的设施农业面临极为严峻的重金属污染威胁,其中重金属镉的环境危害最大,部分设施土壤已呈中轻度镉污染。叶菜类蔬菜之一的白菜品种众多,易于栽培但却极易富集镉。栽培过程中品种与环境的差异可能使一些产品可食用部分的镉含量超标却不会出现明显的毒性反应。因此探究不同白菜品种在典型黑土环境中的镉耐受情况及积累特征,筛选出具备一定耐镉能力的低镉积累品种,对于保证农业生产安全具有十分重要的理论与实践意义。试验以东北地区20种主栽白菜品种为材料,在设施大棚内进行黑土外源添加镉污染盆栽模拟试验,研究共设置:CK(未添加外源镉)、0.05、0.10、0.15、0.30、0.60、1.20 mg·kg-1七个污染水平。为评估不同镉污染水平胁迫下参试品种间镉耐受差异及积累差异进行了剂量-效应分析、物种敏感性分析以及根、叶镉积累量等的测定。在此基础上,通过幼苗水培试验,对筛选得到的低积累品种镉耐受特征进行了全面地分析,共设置了CK(未添加外源镉)、10、50、100、200μM五种处理模式,探究幼苗镉积累的影响因素和毒害响应,并结合镉胁迫下细胞亚显微结构的变化进行探讨。主要试验结果如下:(1)不同土壤镉浓度下白菜品种生物量的变化反映出供试品种间存在明显剂量-效应差异,其中65%的白菜品种在土壤镉浓度为0.05 mg·kg-1时生长受到了“毒性刺激”,之后所有品种随镉浓度增加开始出现不同程度生长抑制;各品种对镉的耐受阈值不同,以log-logistic模型分析品种镉耐受能力时预测值与实际值差异最小,其中“金峰(JF)”耐受阈值为1.204mg·kg-1,“北辰CR-强颈(BCCRQJ)”次之,为1.036 mg·kg-1,二者均表现出较高镉耐受能力;而“秋田(QT)”对镉最为敏感,耐受阈值仅为0.469 mg·kg-1。(2)不同土壤镉浓度下20种白菜可食用部分(叶)积累量差异明显,其中土壤镉含量为1.2 mg·kg-1时种间差异最大,0.6 mg·kg-1时次之。在这两种镉污染水平下:JF可食用部分镉积累量均最低,低于国家食品安全标准限值0.2 mg·kg-1(叶菜类产品);迁移、富集系数均小于1,筛选为低镉积累耐受品种。而BCCRQJ单株镉提取率最高,为18.64%,筛选为高镉积累耐受品种,食用风险极高。二者叶、根镉积累量与土壤镉含量呈显著正相关,单株镉提取率与之显著负相关(p<0.05)。(3)苗期白菜根系镉吸收速率随镉污染水平变化符合米氏方程,耐镉低积累种幼苗成长过程中镉吸收受根系限制,根系对镉的亲和力低于敏感种。镉暴露时间与剂量都对白菜幼苗生长存在显著影响(p<0.05)。相同浓度镉胁迫下,暴露时间越长,幼苗根、叶积累量越高,而相同的暴露时间,镉含量越高,幼苗根、叶积累量越高。暴露时间对耐镉低积累幼苗根、叶间镉迁移能力的影响不大。暴露时间和剂量对于JF根、叶镉积累量的影响是有限的,本试验中,当镉浓度高于127.4μM时,耐镉低积累种的根系吸收能力便趋于稳定,不再增强。(4)镉对于白菜幼苗的毒害十分严重,可显著抑制其生长。当Cd浓度由0μM增加到200μM时,JF叶鲜重下降72.9%,QT下降90.8%。而可交换态镉对于耐镉低积累种的危害较小,且其根中64.7%的镉以低毒、稳定的螯合态和残留态形式存在。镉还会在一定浓度下增强白菜幼苗根、叶中过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性,其中敏感种QT在100μM Cd处理时抗氧化酶的活性最强,而镉主要抑制白菜幼苗根系中SOD活性,两幼苗根中SOD均在10μM Cd处理活性最强。镉对白菜幼苗造成的氧化损伤十分严重,过氧化氢(H2O2)、超氧阴离子(O2-)、丙二醛(MDA)、游离脯氨酸(FPRO)含量与土壤外源镉含量均呈正相关(p<0.05),其中JF能更好的抵抗镉诱导产生的氧化胁迫。(5)亚显微观察试验表明镉对于白菜幼苗细胞毒害作用明显,具体表现为低浓度下叶绿体、线粒体等细胞器膨胀变形、膜结构渗透性改变、质体小球增多;高浓度下细胞壁、膜结构出现明显破损、内容物渗出、活细胞发生质壁分离。相同镉浓度下JF的细胞受损程度较轻。同等放大倍数下JF多数细胞细胞壁厚度大于QT,且有较多完好细胞器。从细胞层面研究表明,JF对于镉的耐受能力更强。