镉处理下紫茉莉β-谷甾醇对黄豆和玉米的化感效应

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhihuan110
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土壤镉(Cd)污染和外来植物入侵已成为重要的环境问题,严重危害农林业和畜牧业生产。目前,关于外来入侵植物对土壤重金属污染修复已有相关研究,但外来入侵植物在修复时是否会对农业生产带来不良影响的研究报道较少。因此,本研究选用具有观赏性的外来入侵植物——紫茉莉(Mirabilis jalapa L.)作为研究对象,以黄豆和玉米作为化感受试作物,研究Cd污染下紫茉莉对2种作物的化感效应。首先,在不同Cd浓度处理下,采用水培,在0–5 mg·L-1 Cd处理下培养,并收集紫茉莉根系分泌物,进一步测定紫茉莉化感作用对黄豆和玉米影响。其次,采用土培试验,在0–25 mg·kg-1 Cd污染土壤中培养紫茉莉,将紫茉莉预培养土壤分为根际和非根际,并做灭菌和不灭菌处理,均以未种紫茉莉土壤作为对照,探究不同Cd处理下,在种植过紫茉莉的土壤上黄豆和玉米萌发及生长状况。最后,收集水培和土培中紫茉莉根系分泌物,并对其植株和根系分泌物中甾醇类化感物质进行分析测定。在一定Cd处理浓度下,通过外源添加一定浓度(0-2 mg·L-1)的β-谷甾醇进一步探究β-谷甾醇的化感效应,并测定2种作物受化感影响时抗氧化酶(过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT、超氧化物歧化酶SOD)、丙二醛(MDA)、叶绿素含量、根系活力、可溶性糖和脯氨酸变化情况。论文主要研究结果表明:1.在0–5 mg·L-1 Cd处理下紫茉莉对Cd具有耐受能力,其生长并未受到严重抑制。Cd处理下,紫茉莉根系分泌物对黄豆发芽势、发芽率均表现为化感抑制作用,从化感响应指数值(RI)看,在3 mg·L-1 Cd处理下紫茉莉根系分泌物对黄豆发芽势化感抑制作用最大(RI=-65.85%),而玉米种子的发芽率、幼苗苗高、根长甚至在高浓度Cd(5 mg·L-1)处理时仍表现为化感促进作用。随着Cd处理浓度升高,紫茉莉根系分泌物对黄豆的影响大于玉米。另外,在Cd处理前提下,紫茉莉根系分泌物处理对黄豆叶片和对玉米生理性状影响机理也明显存在一定差异,在用1 mg·L-1 Cd污染的紫茉莉根系分泌物处理条件下,黄豆幼苗叶片中SOD酶活性都比其对照叶片显著和增加,但玉米在3和10 mg·L-1 Cd处理时的根系分泌物处理情况下,其幼苗叶片POD活性也均会显著而低于其对照;黄豆幼苗在叶片MDA含量在0 mg·L-1 Cd和5 mg·L-1 Cd诱导处理的根系分泌物处理时均可显著的低于清水对照,而在3 mg·L-1 Cd诱导的根系分泌物处理时,其MDA含量则显著高于对照。紫茉莉根系分泌物对玉米幼苗叶片中抗氧化酶活性、丙二醛、叶绿素含量、根系活力、脯氨酸以及可溶性糖均无显著影响。2.土培实验中,在灭菌条件下,2 mg·kg-1Cd污染下生长过紫茉莉的根际和非根际土壤中,黄豆受化感综合指数SE显著低于对照(不加Cd),而25 mg·kg-1Cd污染下黄豆的SE值显著高于对照,且非根际土壤中SE值显著低于根际土壤(P<0.05)。未灭菌条件下,不同Cd污染情况下紫茉莉根际和非根际土壤中黄豆的SE均小于0,且2 mg·kg-1和25 mg·kg-1Cd污染时其SE显著低于0mg·kg-1Cd污染。不同Cd污染时,在灭菌根际和未灭菌根际及非根际土壤中玉米的化感综合指数均大于0。可见,不同Cd污染土壤中,紫茉莉单独的化感作用并不明显,且作用机制相对复杂,土壤微生物也发挥了一定的作用。3.在水培条件下,随着Cd处理浓度升高,在5 mg·L-1Cd处理下,紫茉莉根部β-谷甾醇含量均显著低于对照,而根系分泌物中β-谷甾醇含量显著高于对照。同样地,土培条件下,当25 mg·kg-1 Cd处理方式下紫茉莉的根系分泌物样品中的β-谷甾醇的含量应显著而高于对照。即随着Cd处理浓度增加,紫茉莉根系会分泌更多β-谷甾醇。鉴于仅在紫茉莉根系分泌物中检测到β-谷甾醇,可见甾醇类物质中β-谷甾醇能通过根部进入环境介质中。在外源添加0.125mg·L-1β-谷甾醇时,黄豆和玉米种子发芽及幼苗生长均受到显著抑制,其他β-谷甾醇处理浓度对玉米幼苗生长则表现为促进作用,黄豆则均受到不同程度的化感抑制作用。黄豆叶MDA含量在0.125 mg·L-1β-谷甾醇处理下显著高于对照,玉米MDA含量变化则不显著。同时,在低、高浓度β-谷甾醇处理下,黄豆和玉米幼苗的叶绿素a和类胡萝卜素含量与对照相比均显著下降。Cd处理下不同浓度β-谷甾醇对2个作物的化感效应不同,且对黄豆的化感抑制作用高于玉米。综上所述,紫茉莉虽然在Cd胁迫下仍会分泌化感物质β-谷甾醇,从而对农作物产生化感效应,为其成功入侵新的生境提供有力的支撑,生态风险仍旧存在。但是选择合适的低积累玉米与其间作,依旧可以实现化害为利。
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