外源茉莉酸甲酯对镉污染下高羊茅和草地早熟禾生理特性的影响

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我国西北地区作为工业发展的重要区域,工业发达程度高,工厂大量的废气排放对城市环境造成了严重污染,使得土壤中的重金属含量日益增加,严重影响了人类正常生活,其中镉(Cd)以7%的超高点位率位居第一,对城市环境造成污染的同时严重威胁人类安全。城市森林作为城市环境的主要修复手段,可根据当地城市环境的生态需求进行建设,其建设受当地降水量、气候、土壤环境等众多因素的制约。为建设符合我国西北城市生态治理需求的城市森林,减轻土壤中重金属对环境带来的损害,城市森林中的草坪生态系统因其需水量少、生物量大、建设速度快等特点进入广大学者的视野。草坪中的高羊茅(Festuca elata)和草地早熟禾(Poa pratensis)等对Cd有较强的抗性,具备修复Cd污染土壤的潜力,而施加外源缓解剂可提升草坪草对重金属污染的治理效率。为减轻镉污染对城市土壤带来的毒害效应,本研究以高羊茅和草地早熟禾为材料,Cd污染浓度设定为100μmol·L-1,测定了施用不同浓度的MeJA后高羊茅和草地早熟禾的种子萌发情况、幼苗酶活性、渗透指标、重金属富集系数等指标的变化趋势,旨在筛选出对镉胁迫下高羊茅和草地早熟禾最适的MeJA施用浓度。同时设置MeJA和混播交互作用作为缓解条件,通过与单独MeJA处理时的数据进行对比,以期筛选出对镉污染土壤下的高羊茅和草地早熟禾最佳的缓解方式。主要研究结果如下:1.施用MeJA可改善高羊茅和草地早熟禾在镉胁迫下的发芽状况,使种子发芽率、活力指数均呈显著上升(P<0.05)趋势:MeJA浓度为50μmol·L-1时,高羊茅和草地早熟禾种子发芽率分别提升117.39%和58.27%,活力指数则分别提升349.5%、445.49%。当MeJA浓度升至75μmol·L-1时,高羊茅和草地早熟禾叶片中的累积镉含量显著增加,使得两草种对镉的转移效率同样显著提升。2.镉胁迫下施用浓度为25~50μmol·L-1的MeJA对高羊茅和草地早熟禾叶片的过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶的影响均差异显著(P<0.05)。而施用50μmol·L-1的MeJA可显著降低镉胁迫下高羊茅和草地早熟禾体内的过氧化氢、超氧自由基含量(P<0.05),其中高羊茅体内的过氧化氢、超氧自由基含量较单一镉处理分别下降51.01%、71.03%;草地早熟禾体内的过氧化氢、超氧自由基含量较单一镉处理则分别下降48.74%、71.48%。MeJA处理能显著提升高羊茅和草地早熟禾体内的抗氧化酶活性,减少植物体内活性氧的生成,但两草种对MeJA的响应浓度不同。3.MeJA和混播交互作用时,较单一MeJA处理的数据均差异显著(P<0.05):其中高羊茅和草地早熟禾CAT活性上升9.04%和9.48%;高羊茅MDA、Pro含量分别下降59.69%、5.56%,草地早熟禾MDA、Pro含量则分别下降21.02%和19.89%;高羊茅和草地早熟禾的土壤镉含量分别下降7.21%、6.76%。镉胁迫下,交互作用较单独MeJA处理,更能提升高羊茅和草地早熟禾对镉的抗性,促进其对土壤中镉含量的吸收,降低了土壤镉含量,提升了两草种对镉污染土壤的治理效率。综合分析可得,MeJA处理能有效提升高羊茅和草地早熟禾对城市污染土壤的治理效率,增加城市美观性的同时缓解了镉污染对城市土壤的毒害作用,能基本满足当前西北城市森林的建设需求。
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