锰处理对镉胁迫下油菜生理生化机制影响的研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:yanggh1963
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我国菜地镉(Cd)污染具有轻度、多发、地块分散的特点,通过施用微量元素肥料,利用元素间拮抗作用,可以有效降低蔬菜Cd含量,将其用于修复菜地Cd污染具有灵活简便、起效快、成本低廉的优势。有研究表明施用锰(Mn)肥能够显著降低植物Cd含量,其调控机制为锰镉交互作用抑制植物Cd吸收和缓解植物Cd毒害,然而不同Mn处理对植物Cd毒害的影响及其作用机制还缺乏研究。本论文选取普通油菜品种“寒绿”及Cd低累积品种“华骏”为供试材料,采用水培试验,设置Cd胁迫和不同Mn处理浓度,研究不同Mn营养处理对Cd胁迫条件下油菜生长、Cd亚细胞分布、根系形态、光合系统以及氮代谢系统的影响,旨在揭示锰镉交互作用下植物镉毒害的作用机制。主要结论如下:(1)Cd在油菜体内主要分布在液泡中,其次是细胞壁,外源添加Mn2+能改变Cd在各亚细胞组分中的分配比例,适当提高Mn2+浓度能够降低Cd在亚细胞组分中的含量。对于“寒绿”地上部,与Mn1处理相比,0.1和0.5μmol·L-1Mn处理时细胞壁中Cd分配比例增加36.6%和40.7%,5μmol·L-1Mn处理能提高Cd在细胞壁中的分配比例;不同浓度Mn处理对根部Cd的亚细胞分配没有显著影响。对于“华骏”地上部,0.5,5和10μmol·L-1Mn处理均能提高Cd在胞液组分的分配比例,其中0.5μmol·L-1Mn处理时增幅为51.1%;对于“华骏”根部,0.1μmol·L-1Mn处理时,胞液组分中Cd的分配比例增加19.5%,0.5和5μmol·L-1Mn处理时细胞壁的分配比例分别增加21.28%和41.9%。总之,添加不同浓度Mn处理对两种油菜Cd的亚细胞分配的产生不同影响,“寒绿”主要通过提高Cd在地上部细胞壁组分的分配比例来降低Cd毒害;“华骏”则主要是通过提高Cd在地上部胞液组分和根部细胞壁的分配比例降低Cd毒害。另外,不同浓度Mn处理条件下两种油菜地上部生物量没有发生显著变化,说明液泡区隔和细胞壁固持在提高油菜Cd耐性方面发挥重要作用。(2)与Mn1处理相比,缺Mn处理下“华骏”的根长、表面积、体积、平均直径和根尖数显著降低;Mn过量处理下“寒绿”的根长以及“华骏”的根系表面积、体积显著降低;缺Mn处理下两种油菜细根表面积所占的比例增加,粗根表面积比例降低;Mn过量时,“寒绿”的粗根表面积比例增加,细根比例降低,而“华骏”则相反。总之,Mn缺乏和过量处理下,两种油菜根系形态参数都受到显著抑制,但是二者在根系表面积分布上有不同的响应规律。(3)正常Mn营养条件下(1μmol·L-1Mn),10μmol·L-1Cd处理对两种油菜光合色素含量没有产生显著影响,对“寒绿”光合作用参数产生刺激作用,对“华骏”则为抑制作用。Cd胁迫条件下,与Mn1处理相比,010μmol·L-1Mn处理对两种油菜光合色素含量没有显著影响,但是10μmol·L-1处理条件下,“华骏”叶片中叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素及叶绿素(a+b)的降幅为15%25.00%;100μmol·L-1Mn处理条件下两种油菜叶片中叶绿素a、类胡萝卜素、叶绿素(a+b)降幅分别达15.0%31.4%。Cd胁迫条件下,与Mn1处理相比,0μmol·L-1Mn处理时两种油菜叶片中净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)的降幅为12.0%29.4%;100μmol·L-1Mn处理条件下两种油菜叶片的光合速率参数Gs、Tr及Ci降幅为18.5%55.6%,Pn与Gs和Ci变化趋势一致。总之,Cd胁迫下,缺Mn和Mn过量处理均对油菜叶片光合作用有抑制作用,其中Mn过量处理下影响更显著;Mn过量条件下,两种油菜叶片中光合色素含量及气体交换参数均显著降低,表明Mn缺乏和过量导致的光合速率降低主要是由气孔限制因素引起的。(4)正常Mn营养条件下,施加10μmol·L-1Cd处理,使“寒绿”叶片中Pro、NO2--N和NH4+-N含量及NR和GOGAT活性降低,Pr含量及GS和GDH活性升高;对“华骏”来说,NH4+-N和Pr含量及NR活性降低,GS、GOGAT和GDH活性增加。Cd胁迫条件下,与1μmol·L-1Mn相比,0μmol·L-1Mn处理时,两种油菜叶片中NH4+-N、NO3--N和NO2--N含量降幅为18.8%66.7%,“寒绿”叶片中Pro含量增加20.3%,NR和GDH活性分别降低59.8%和25.8%;Mn0.1处理条件下,“寒绿”叶片中的GS和GDH活性分别增加47.3%和41.9%,GOGAT活性降低26.7%;10μmol·L-1Mn处理时,“寒绿”叶片中NR和GOGAT活性降低23.4%和19.8%;100μmol·L-1Mn处理条件下,两种油菜叶片中NR活性均显著降低,“寒绿”叶片中GOGAT和GDH活性显著降低,“华骏”叶片中GDH活性升高。总的来看,Cd胁迫条件下不同浓度Mn处理对两基因型油菜氮代谢主要途径的影响不同,10μmol·L-1处理能促进“寒绿”体内NH4+-N通过GDH途径的转化,而0.1μmol·L-1处理能抑制“华骏”体内NH4+-N通过GDH途径的转化;缺Mn和Mn过量均能抑制NO3--N的转化,抑制程度与Mn胁迫程度有关。
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