【摘 要】
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土壤重金属Cd污染问题日益严峻,而植物修复作为新型的绿色修复技术被广泛研究,超富集植物筛选是植物修复实施的关键。鸡冠花(Celosia cristata L.),苋科(Amaranthaceae)青葙属的一年生草本植物,花冠形似鸡冠状而得名,全国各地均有种植栽培,是一种常见的园艺花卉。苋科中多数植物均具有较强富集Cd的能力,特选用鸡冠花作为供试材料,且鸡冠花对重金属Cd的生理响应及富集特性尚未见报
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土壤重金属Cd污染问题日益严峻,而植物修复作为新型的绿色修复技术被广泛研究,超富集植物筛选是植物修复实施的关键。鸡冠花(Celosia cristata L.),苋科(Amaranthaceae)青葙属的一年生草本植物,花冠形似鸡冠状而得名,全国各地均有种植栽培,是一种常见的园艺花卉。苋科中多数植物均具有较强富集Cd的能力,特选用鸡冠花作为供试材料,且鸡冠花对重金属Cd的生理响应及富集特性尚未见报道。因此,本试验对鸡冠花不同生长阶段的Cd耐受特性进行了初步研究,探讨了鸡冠花耐受Cd胁迫的能力及其生理响应,为植物解毒机制及植物修复研究提供基础资料。采用水培法和盆栽法对鸡冠花种子和不同生长时期的鸡冠花进行不同浓度Cd胁迫处理,分析了种子萌发期对Cd的耐性及不同时期的鸡冠花对Cd胁迫的生理响应特征;利用电感耦合等离子体质谱仪测定了Cd胁迫下鸡冠花不同部位的矿质元素含量及Cd含量,初步探究了Cd与矿质元素(Fe、Cu、Zn、Mg、P、S、K)间的相互作用,Cd对其吸收与迁移的影响;通过MSAP技术分析了Cd胁迫下鸡冠花DNA甲基化水平变化对耐镉胁迫机制的影响。主要研究结果如下:1.不同浓度Cd胁迫(5~100mg/L)处理鸡冠花种子,发现低浓度Cd胁迫处理会提高种子的发芽势、发芽率、发芽指数,并表现出“低促高抑”的现象。但Cd胁迫下鸡冠花幼苗根的生长受到明显的抑制,根长低于苗长,根系受损严重,导致养分吸收受阻,生物量逐渐减少。2.不同浓度Cd(50~200mg/kg)胁迫30d时,Chl a含量为0.398~0.926mg/g,Chl b含量为0.183~0.518mg/g,而Car含量为0.057~0.185mg/g,光合色素含量随着Cd胁迫时间的延长,均表现为显著降低;渗透调节物(可溶性蛋白、PRO含量)呈不同幅度的显著增加,Cd胁迫30d时,可溶性蛋白含量整体达最高为1.679~3.329mg/g,不同时段(10d、20d、30d)胁迫PRO含量皆在Cd浓度为200mg/kg时,其含量达最高分别为35.514μg/g、59.642μg/g、45.542μg/g;Cd胁迫30d时,SOD活性呈显著降低,其活性达最高为75.201U/g,POD活性在Cd浓度为50mg/kg时,其活性达最高为2391.333U/g,POD活性呈显著上升,CAT活性在不同时段(10d、20d、30d)胁迫时,其活性为18.080~543.520nmol/min/g,而APX活性为95.253~291.713 nmol/min/g,CAT及APX活性呈先增加后降低的显著变化;GR活性呈显著下降,在不同时段(10d、20d、30d)胁迫时活性为26.8~123.3nmol/min/g,致使GSSG含量不断增加,其含量最高为20.168nmol/g,且促进了GSH、Cys、NPT含量的增加,GSH含量为0.347~1.282μmol/g,Cys含量为13.484~70.372μmol/g,NPT含量为0.142~2.277μmol/g,提高了对镉离子的螯合能力,降低了对细胞的毒害。3.Cd胁迫下抑制了鸡冠花根部对Cu、Zn、P的吸收,而促进了鸡冠花根中Fe、Mg、S、K的积累。表明Cd胁迫对Cu、Zn、Fe、Mg、S、K、P的吸收呈现出不同程度的抑制或促进。其中,生物吸收系数大小为S>K>Mg>P>Fe>Zn>Cu,对硫吸收含量较高,可能与巯基化合物的合成有关。4.不同浓度(50~200mg/kg)Cd胁迫下鸡冠花DNA甲基化水平变化为总甲基化率(MSAP)总体表现为增加,较对照分别上升了59.7%、84.2%、132.0%、181.4%;Cd浓度为50~200mg/kg时,重新甲基化率分别为12.72%、15.54%、18.60%、20.63%,去甲基化率分别为8.38%、6.78%、5.39%、4.18%,说明Cd胁迫导致其甲基化水平整体升高,且主要以重新甲基化模式变化为主。5.随着Cd胁迫浓度的增加,鸡冠花根中Cd富集量最多,而地上部分(茎、叶、花)含量较少,但不同部位的Cd含量均呈显著增加。其中,富集系数在Cd浓度为100mg/kg时达最高为1.47,而转移系数在Cd浓度为50mg/kg时达最高为1.79,且在高浓度(200mg/kg)Cd胁迫下的富集系数和转移系数均大于1,表明鸡冠花是一种潜在的Cd富集植物,可用作土壤Cd污染修复的试验材料。
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