镉、铅胁迫对小麦形态发育和生理代谢的影响及富集特性研究

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重金属是威胁全球农业生产和生态环境的一个重要因素,我国农田污染日益严重。为了探究重金属镉、铅对小麦的毒害机理,本实验采用水培方法,研究了不同镉浓度(10、20、40 mg·L-1)对中育10号、周麦18和洛麦.23及不同铅浓度(50、100、200 mg·L-1)对西农99、京411和济麦22种子发育和生理机制(过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、丙二醛含量、脯氨酸含量、根系活力、净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度及蒸腾速率)的影响。通过盆栽实验,探究8份小麦材料分别对重金属镉、铅的吸收累积机制,以期为镉、铅污染地区种植小麦提供理论依据。主要研究结论如下:(1)随着重金属镉浓度的增加,中育10号、周麦18和洛麦23的发芽率、根上部长、根长等生物量与对照相比显著降低(P<0.05)。镉溶液为20 mg·L-1时,中育10号、周麦18和洛麦23的发芽率分别下降12%、20%、42%。在40 mg·L-1镉溶液处理下,小麦根长的生长受到强烈抑制,中育10号根长下降幅度为69%,洛麦23根长下降幅度为80%。在生理特性上,当小麦受到镉胁迫后,叶片的抗氧化酶活性升高;脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖含量不同程度地上升;根系活力、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均不同程度地下降。在细胞水平上,通过透射电镜分析根细胞结构,发现在20 mg·L-1镉溶液处理下,线粒体数量增多,形状变小,双层膜变得模糊不清,嵴排列不整齐,出现了空囊化现象;液泡的体积变大;细胞膜表面变的粗糙,向内凸起,形成凹凸不平的结构,渗透维持能力逐渐丧失。因此,中育10耐镉性强于周麦18,周麦18的耐镉性强于洛麦23。(2)在水培环境下,50 mg·L-1铅浓度下,京411、西农99种子发芽率、根上部长、根长等生物量与对照相比无显著差异(P>0.05);铅浓度增加,发芽率、根上部长、根长显著下降(P<0.05),说明小麦有一定的耐铅性。在生理机制上,小麦叶片中可溶性糖含量、脯氨.酸含量、可溶性蛋白含量、胞间CO2浓度、SOD、CAT、POD活性均不同程度上升,而净光合速率、蒸腾速率、根系活力、气孔导度.则均不同程度下降,且京411耐铅性强于西农99,西农99的耐铅性强于济麦22。(3)分别测量小麦茎秆和籽粒中镉含量发现,小麦茎秆中镉含量变化范围为0.0020.354 mg·kg-1,籽粒中镉含量变化范围为0.0040.197 mg·kg-1,吸收分布规律表现为茎秆>籽粒,在土壤20 mg·kg-1镉浓度下,籽粒中镉含量均超过《食品国家安全标准》规定的限值。说明小麦对镉富集能力较强。各处理镉的转移因子均小于1,说明茎秆的富集能力强于籽粒,使得小麦的耐镉性在一定程度上得到了提高。(4)盆栽实验中,小麦茎秆中铅含量变化范围为0.0081.407 mg·kg-1,籽粒中铅含量变化范围为0.0010.209 mg·kg-1,吸收分布规律表现为茎秆>籽粒。在土壤中铅含量<500mg·kg-1时,小麦籽粒中铅含量均未超过国家食品安全限值(0.2 mg·kg-1),在高浓度(1000mg·kg-1)铅处理下,只有中国春籽粒中铅累积量超标,说明小麦对铅的富集量相对较少。
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