铅、镉单一及复合胁迫对早开堇菜生理及富集特性的影响

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多年生草本植物早开堇菜(Viola prionantha)是东北地区具有一定观赏价值,适应性和抗性比较强,被广泛应用的地被植物。随着重工业的发展,近些年来重金属铅(Pb2+)、镉(Cd2+)污染日益严重,植物长期处于重金属污染环境中,其生长生理方面受到影响,进而导致景观效益的降低,早开堇菜是园林绿化中的重要草本地被植物,其应用价值较高,但相关抗重金属污染的研究却较少,重金属抗耐机制尚不明确,因此,本研究以早开堇菜作为试验对象通过Pb2+、Cd2+单一及其复合胁迫水培试验(水培试验其溶液浓度可控性相较于土培试验较强且重金属回收较为简便)研究早开堇菜在重金属胁迫下生长生理指标及重金属元素吸收转移特性等方面的变化,浓度分别为5、10、15、30、50 mg·L-1(Cd2+),10、25、50、100、200mg·L-1(Pb2+),结果如下:1.不同浓度的Cd2+胁迫下的早开堇菜其叶长、叶宽等生长指标的变化趋势表现为低浓度影响较小,高浓度则表现逐渐增加的抑制效果。处理结束时早开堇菜的叶长、叶宽、叶面积等与Ck相比最高降低了18.98%、19.50%、31.06%。Cd2+胁迫下早开堇菜的抗氧化酶SOD、POD、CAT酶变化趋势相似,SOD、POD、CAT活性随着Cd2+胁迫处理浓度的增加表现为先增加后增加速率变慢后开始降低的变化趋势。Pro含量、MDA含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量随Cd2+处理浓度增加而持续增加。2.不同浓度的Pb2+胁迫下的早开堇菜其叶长、叶宽、叶面积受影响的程度不同,处理结束时与Ck相比最高降低了18.18%、15.84%、30.03%。Pb2+胁迫对早开堇菜的叶长、叶宽、叶面积具有低浓度小幅促进,高浓度抑制的效果。在低浓度Pb2+胁迫下其生长指标变化不明显,而Pb2+浓度越高其生长指标的受抑制程度越明显。低浓度Pb2+胁迫下早开堇菜的抗氧化酶SOD、POD、CAT活性随着Pb2+胁迫浓度的升高而升高,之后其活性增加速率减慢甚至开始降低。从处理15d时开始高浓度Pb2+处理SOD、CAT、POD活性开始降低。Pro含量、可溶性糖含量、MDA含量随着Pb2+胁迫浓度的升高逐渐升高,而可溶性蛋白质含量表现为逐渐降低,其变化趋势与Cd2+处理组相似。3.不同浓度的Pb2+、Cd2+复合胁迫处理下的早开堇菜的生长指标相较于Pb2+、Cd2+单一胁迫表现出较强的受抑制效果,早开堇菜的叶长及叶宽、叶面积表现出较高程度的减少,与Ck相比最高降低了19.71%、19.28%、34.52%。Pb2+、Cd2+复合胁迫对早开堇菜的抗氧化酶CAT、POD的诱导促进效果整体上高于Cd2+及Pb2+组,对SOD的诱导效果低于Pb2+组而高于Cd2+。对Pro、可溶性糖含量的促进效果高于Pb2+、Cd2+单一胁迫组,对可溶性蛋白质的抑制效果高于Pb2+、Cd2+单一胁迫组,对MDA含量的促进效果低于Pb2+、Cd2+单一胁迫组。4.光合测定试验结果表明Pb2+、Cd2+单一及复合胁迫处理各光合指标和光响应参数的变化规律基本一致,整体上随重金属浓度的升高Pn、Gs、Tr、叶绿素含量逐渐降低,Pb2+、Cd2+复合处理组的Pn、Gs、Tr、叶绿素含量最低分别为Ck的29.87%、49.91%、45.26%、35.36%。Ci随着处理浓度的升高逐渐升高。最高为Ck的1.55倍。光响应参数Pnmax、LSP、Rd、AQE随着处理浓度的升高逐渐降低,LCP逐渐升高。5.吸收富集试验的结果表明,早开堇菜对Cd2+、Pb2+单一及其复合胁迫的吸收富集规律相似,总体上表现为地下部根系中的重金属含量要高于地上部分茎叶中转移的重金属量的总和,同时随着重金属处理浓度的增加其转运系数逐渐降低,对重金属的吸收富集效率也逐渐降低,复合处理试验数据表明Cd2+、Pb2+复合处理时早开堇菜分别吸收的Cd2+、Pb2+含量要低于单一胁迫时吸收的量,由此可见Cd2+、Pb2+在早开堇菜吸收富集重金属方面具有一定程度的拮抗作用。根据试验结果,早开堇菜对Cd2+、Pb2+均具有一定抗性且其抵御机制相似,因此早开堇菜或可应用于低浓度Cd(0-10mg·kg-1)、Pb(0-50mg·kg-1)的轻微Cd2+、Pb2+污染地区。
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