外源硅添加对苇状羊茅重金属耐受性的响应

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:george_zg
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土壤是农业可持续发展的基础,经过近40年的经济快速发展和高度集约化的农林生产,我国土壤污染与土壤环境质量下降问题日益显现。土壤重金属污染导致农作物及草类植物受损,对人类生活质量产生负面影响,进而威胁到人类的健康与寿命,因此,研究土壤重金属污染修复技术迫在眉睫。苇状羊茅(Festuca arundinacea)是草坪建植常用草种之一,利用外源硅提高苇状羊茅对重金属胁迫的耐受性,对重金属污染土壤的修复、草坪的建植和质量的提高具有重要意义。本研究以苇状羊茅火凤凰2号(Phoenix Ⅱ)为供试材料,通过:(1)纸上发芽法,以不同浓度的铜(Cu)、镉(Cd)、铅(Pb)溶液浸润苗床,通过对苇状羊茅种子萌发和幼苗生长的观测,探究种子萌发对不同重金属的耐受性;(2)采用1/2 Hoagland营养液水培法,选取试验(1)中的中度重金属浓度,设置外源硅浓度梯度,通过对苇状羊茅根系指标和生理指标的测定,探究外源硅添加下苇状羊茅对不同重金属胁迫耐受性的变化,确定缓解各重金属胁迫的最有效施硅浓度;(3)室内盆栽试验,选取试验(1)中的高浓度重金属胁迫,设置外源硅的不同施加方式,通过对苇状羊茅形态学指标和生理指标的观测,探究重金属高浓度时缓解苇状羊茅缓解胁迫的最佳施硅方式,主要研究结果如下:(1)苇状羊茅对Cd胁迫的耐受性最强,对Cu和Pb胁迫耐受性较弱。铜胁迫下,200、300 mg·L-1时幼苗耐受性较差,随着胁迫浓度的增加,各萌发指标均呈下降趋势且幼苗生长受到抑制;镉胁迫下,1mg·L-1时叶表面积较对照增大了 50.16%,随着胁迫程度的加剧,种子萌发和幼苗生长会受到显著抑制;铅胁迫下,500 mg·L/1时种子活力指数较对照提高了 25.26%,中高浓度铅胁迫对苇状羊茅幼苗生长产生显著抑制作用,Pb2+≥1 500 mg·L-1时,其幼苗根系生长完全被抑制,生长量为0,出现“无根苗”。(2)三种重金属胁迫下,添加一定浓度的硅添加可降低苇状羊茅细胞膜透性。不同硅添加处理时对苇状羊茅的各项指标进行综合评价,结果表明,Cu和Cd胁迫下,2 mmol·L-1 Na2SiO3添加下苇状羊茅对重金属耐受性最好;Pb胁迫时,3 mmol·L-1 Na2SiO3添加下苇状羊茅耐Pb胁迫性提高最大。这表明施适宜浓度的硅能有效缓解苇状羊茅所受的重金属胁迫。(3)不同施硅方式下对苇状羊茅的各项指标进行综合评价,结果表明,各重金属胁迫下,灌施外源硅对苇状羊茅生长发育的促进优于叶面喷施,可明显提高草坪草的重金属耐受性。铜胁迫下,灌施较叶面喷施相比,叶绿素含量、可溶性糖含量分别提高了 25.37%和81%,丙二醛含量降低40.66%;镉胁迫下,灌施较叶面喷施叶片相对含水量、叶绿素含量及可溶性糖含量分别提升了 7.7%、24.18%、52.16%,丙二醛含量降低48.75%;铅胁迫下,灌施较叶面喷施叶片相对含水量、叶绿素含量与可溶性糖含量分别提高7.45%、17.96%、133.41%;复合胁迫下,灌施与叶面喷施相比,叶片相对含水量和叶绿素含量分别增加8%和14.15%,丙二醛含量降低59.56%。这对外源硅的高效利用和成本节约具有重要意义。该论文研究表明,当重金属离子累积到一定浓度时,会对草坪草种子萌发和幼苗生长造成胁迫;此时施加一定浓度的外源硅,可有效缓解重金属胁迫下细胞质膜受损程度,提高草坪草的重金属耐性;当施硅方式为灌施时,相比叶面喷施,能高效降低细胞膜渗透率和MDA含量,提高可溶性糖含量,对苇状羊茅重金属耐受性的增强效果更明显;同时能大量提升植株体内的叶绿素含量,对提高草坪草的光合效率具有重要意义。将硅素与具有较强适应性和抗逆性的草坪草配合使用,可以给土壤重金属污染防治增添更开放的思路和途径。
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