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工业的快速发展,导致重金属污染日益严重,土壤中过量的重金属使土壤贫瘠,限制农作物正常生长、发育及改变农作物的群落结构,导致农作物减产,每年造成直接经济损失超过亿元。重金属污染危及着人类的健康与生存,人们食用受重金属污染的农作物,导致疾病的发生。因此重金属污染问题日益受到关注,解决重金属污染问题已成为治理环境污染的关键,同时寻找耐重金属的植物也是一个重要任务。
植物被重金属污染后表现出耐性和抗性,以适应环境胁迫;许多科技工作者以农作物为材料,对农作物重金属耐性、超积累性及其分子机理进行了研究,但对于木本树种研究较少。泡桐是我国重要的速生用材树种之一,在改善我国生态环境和提高人民生活水平等方面具有重要的作用。本试验在已建立的豫杂一号泡桐体外植株再生系统的基础上,分别用不同浓度的Zn2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+处理豫杂一号泡桐丛枝病和健康组培苗,了解重金属对泡桐幼苗抗氧化酶和DNA甲基化水平的影响,为豫杂一号泡桐修复重金属污染提供科学依据。论文的主要结论如下:
1.用Zn2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+分别处理后,豫杂一号泡桐幼苗形态产生了一定的变化。低浓度重金属,对豫杂一号泡桐幼苗形态影响较小,高浓度抑制植株生长,其叶片颜色变浅、变黄,根生长受到不同程度的抑制。随浓度的升高,生根时间逐渐推迟。用Cu2+浓度为80mg·L-1,Cd2+浓度为16mg·L-1别处理豫杂一号泡桐幼苗,植株在培养期内停止生长,最后死亡;在同等浓度条件下,重金属污染使豫杂一号泡桐丛枝病幼苗生长受到抑制作用较为明显。
2.不同重金属处理豫杂一号泡桐幼苗,随重金属浓度的升高,丛枝病和健康幼苗其叶片重金属含量逐渐升高,但Cd2+浓度为4mg·L-1时丛枝病幼苗叶片含量达到最高后开始下降。此外健康叶片重金属含量高于丛枝病叶片含量。
3.Zn2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+对豫杂一号泡桐丛枝病和健康幼苗叶片的SOD、POD和CAT活性有明显的影响。Zn2+、Cu2+、Pb2+对丛枝病和健康幼苗叶片的SOD活性具有激活效应,Cd2+能激活健康叶片的SOD活性,但对于丛枝病幼苗,低浓度激活SOD活性,高浓度抑制了SOB活性;Zn2+、Cu2+低浓度激活丛枝病和健康幼苗叶片POD的活性,高浓度抑制其活性,Cd2+对健康幼苗叶片POD的活性变化同上,但对于丛枝病叶片POD活性表现为抑制作用,Pb2+对丛枝病和健康幼苗叶片POD活性具有激活效应;随Zn2+、Cu2+、Cd2+浓度的升高对丛枝病和健康幼苗叶片CAT活性具有抑制效应,Pb2+胁迫表现为低浓度激活丛枝病和健康幼苗叶片CAT活性,高浓度起抑制效应。
4.Zn2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+可改变豫杂一号泡桐叶片DNA甲基化水平。随Zn2+、Cu2+、Pb2+浓度的升高,豫杂一号泡桐丛枝病和健康幼苗叶片DNA甲基化水平先上升达到最大值后开始下降,但Zn2+浓度为320mg·L-1时豫杂一号泡桐健康幼苗叶片甲基化水平低于对照,Cd2+处理豫杂一号泡桐丛枝病和健康幼苗随浓度的升高,DNA甲基化水平逐渐升高。