镉胁迫对超累积植物龙葵(Solanum nigrum L.)生理生化的影响及不同氮形态的调节作用

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lujunjun_1204
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全球范围内的土壤镉(Cd)污染治理已成为急需解决的问题。而目前通过施肥等农艺措施提高修复植物生长速度、生物量及重金属的吸收积累,已被认为是提高植物(超累积植物)修复效率最有效手段之一。因此,通过选择适宜的氮肥形态或适合的施肥方法影响Cd在土壤-植物系统中的运输和在食物链中的传输,是一条应该受到重视的Cd污染治理措施。因此,本文通过盆栽试验,研究不同形态氮素(铵态氮[(NH4)2SO4]、硝态氮[NaNO3]、硝态氮-铵态氮[NH4NO3])对其生长、活性氧和氮代谢以及吸收、积累镉的影响,为Cd超积累植物龙葵的进一步开发和利用提供参考依据,以及推动Cd污染土壤的植物修复技术的成功应用和推广具有重要地意义。本研究表明,不同浓度土壤Cd胁迫[0、10、20、40、80、160 mg·kg-1干土]对龙葵(Solanum nigrum L.)幼苗的生长具有明显地影响作用。1)较低浓度Cd胁迫处理(≤40mg·kg-1促进龙葵幼苗的生长(叶性状、根长、株高和基径)及生物量的积累与分配:而当土壤Cd胁迫浓度大于40mg·kg-1时龙葵幼苗的生长呈明显抑制。2)低浓度Cd胁迫处理(10mg·kg-1)提高叶片叶绿素α(Chl.a)、叶绿素b(Chl.b)和总叶绿素(Chl.[a+b])含量;随着胁迫浓度增大,含量呈先增后降趋势。而Ch1.a/b比值随着胁迫浓度的增加变化不一。3)除茎干磷(P)素积累量外,龙葵幼苗根、茎、叶和果实中的氮(N)、P、钾(K)积累量均随着Cd胁迫浓度的增大而先升后降,而较高浓度Cd胁迫下(>40 mg·kg-1)则逐渐降低。4)随着Cd胁迫浓度增大,幼苗根系、茎干、叶片以及果实中的Cd积累量逐渐增大,且Cd积累量大小顺序为:叶片>茎干>根系>果实。5)随着土壤Cd胁迫浓度增大,丙二醛(MDA)含量与过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性逐渐增大,而过氧化物酶(POD)活性则呈先升高后降低。外源添加不同N形态[铵态氮[(NH4)2SO4]、硝态氮[NaNO3]和硝态-铵态氮[NH4NO3],在一定程度上均能缓解40 mg·kg-1土壤Cd胁迫的毒害作用。1)外源添加不同N形态均能显著提高龙葵幼苗地上部生物量及Chl.a、Chl.b和Chl[a+b]含量(除不同浓度的硝态氮[NaNO3]对Chl.b含量影响不显著外);且铵态氮[(NH4)2SO4]对地上部生物量的增产效果优于硝态氮[NaNO3]或硝态-铵态氮[NH4NO3]。2)与40 mg·kg-1 Cd胁迫相比,叶片过氧化氢(H202)与MDA含量在不同N形态处理下降低显著。3)Cd胁迫处理下不同浓度硝态氮[NaNO3]显著降低叶片CAT和POD活性,SOD活性呈先升后降趋势。较低浓度的硝态氮[NaNO3]处理下还原型谷胱甘肽(GSH)含量随着其浓度的增加逐渐升高,表明GSH在抵抗Cd等中起着重要调节作用。同时,CAT活性随着添加铵态氮[(NH4)2SO4]浓度的增加先升后降;POD活性逐渐增大,SOD活性反之。POD在较低浓度硝态-铵态氮[NH4NO3]添加时起主导作用。4)Cd胁迫显著降低幼苗硝基还原酶(NR)与谷氨酰胺合成酶(GS)活性,显著升高谷氨酸脱氢酶(GDH)活性;随着硝态氮[NaNO3]浓度增大,NR、GS和GDH活性先升后降。随添加铵态氮[(NH4)2SO4]浓度增大,NR活性逐渐升高至稳定,GS活性先升后降,而GDH活性逐渐降低至稳定。而随着添加硝态-铵态氮[NH4NO3]浓度的增大,NR和GS活性逐渐升高至稳定,缓解因Cd胁迫引起GOGAT活性所受到的抑制作用;而GDH活性在处理间差异不显著。本研究结果表明,不同N形态对龙葵幼苗Cd累积的促进顺序为:[NH4+-N]>[NO3--N]。因此,从植物修复角度考虑,Cd污染土壤中施用适量的铵态氮[(NH4)2SO4]能够提高超积累植物龙葵的生物量、地上部镉积累量以及缓解Cd胁迫对活性氧(ROS)与氮代谢的毒害作用,在环境工程实践中具有重要的应用价值。
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