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钙不仅是植物的必需元素,而且是植物新陈代谢和生长发育的主要调控者,在植物适应外界胁迫环境中发挥着重要作用。镉是植物的非必需元素,是土壤中最常见的的重金属污染物之一,对植物的生长发育产生严重的毒害作用。钙离子和镉离子具有相似的离子半径和化学性质,二者可竞争植物根系上的吸收位点,施钙可减少植物对镉的吸收。本试验在温室水培条件下,以‘金蒜3号’大蒜(Allium sativum L.)品种为试材,主要探讨了两个问题:一是钙与大蒜的关系,二是钙对镉胁迫大蒜的影响。1.在温室水培条件下,营养液设定6个钙浓度(0、1.0、2.0、3.0、4.0和5.0 mmol·L-1Ca2+),研究了不同钙水平对大蒜生长、光合特性、酶活性、营养吸收及产量与品质的影响,科学合理地确定适合大蒜生长发育的钙水平,为大蒜的合理施肥及提高大蒜的产量和品质提供一定的参考。试验结果如下:1)钙浓度在0~3.0 mmol·L-1范围内时,大蒜植株的生长指标(株高、假茎粗、假茎长及叶宽)随钙水平的升高而升高,它们又在高钙范围(3.0~5.0 mmol·L-1)随钙水平的升高而降低,最终在3.0 mmol·L-1钙水平处达到最大值,比不施钙处理分别提高了7.7%~37.8%、19.7%~38.9%、28.6%~48.4%及25.3%~53.1%。2)大蒜叶片中的色素(叶绿素和类胡萝卜素)含量随钙水平的升高呈现先升高后降低的变化趋势,在3.0 mmol·L-1钙水平处达到峰值,比不施钙处理分别增加了29.3%~47.8%和62.0%~84.3%。另外,大蒜叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)随钙水平的变化趋势与色素含量一致,同样在3.0 mmol·L-1钙水平处达到最大值,而胞间CO2浓度随钙水平的提高持续减小。3)大蒜假茎和叶片中大蒜素、可溶性糖、维生素C、游离氨基酸、可溶性蛋白含量随钙水平的提高先升高后降低,在3.0 mmol·L-1钙水平处最大,比不施钙处理分别提高了33.5%~50.3%、64.2%~84.7%、37.7%~92.7%、22.4%~53.5%、44.4%~69.4%和45.8%~66.1%、69.3%~113.1%、49.1%~105.8%、45.0%~66.1%、46.0%~60.1%。蒜薹和鳞茎的外观品质(单蒜薹鲜质量、蒜薹直径、抽薹率、单蒜头鲜质量及蒜头横径)在3.0 mmol·L-1钙水平处最大,比低钙处理(1.0 mmol·L-1)分别提高了55.1%、39.0%、386.6%、106.4%及22.1%。蒜薹和鳞茎中的营养品质(大蒜素、可溶性糖、维生素C、游离氨基酸、可溶性蛋白含量)也在3.0 mmol·L-1钙水平处最高,比低钙处理(1.0mmol·L-1)分别增加了54.7%、33.9%、11.5%、19.3%、32.6%和72.1%、33.9%、5.2%、21.5%、29.6%。4)大蒜叶片中的超氧化物歧化酶(sod)、过氧化物酶(pod)、过氧化氢酶(cat)及硝酸还原酶(nr)活性均先随钙水平的升高而增强,然后随钙水平的提高而减弱,在3.0mmol·l-1钙水平处达到最大值,比不施钙处理分别增强了15.0%~36.6%、65.1%~82.8%、39.9%~47.0%及22.1%~58.9%。大蒜叶片中的mda含量随钙水平的变化趋势与酶活相反,在3.0mmol·l-1钙水平处达到最小值,比不施钙处理降低了10.4%~34.7%。大蒜的根系活力随钙水平的变化趋势与酶活一致,同样在3.0mmol·l-1钙水平处达到最大值,比不施钙处理增加了47.0%。5)大蒜假茎和叶片中的ca含量与钙浓度呈正相关,在5.0mmol·l-1钙水平处最大,比不施钙处理分别提高了27.8%~38.2%和28.6%~57.8%。大蒜蒜薹和鳞茎中的ca含量与钙浓度也呈正相关,同样在5.0mmol·l-1钙水平处最高,比低钙处理(1.0mmol·l-1)分别提高了216.1%和60.4%。蒜薹和鳞茎中的其他矿质元素(n、p、k、mg)含量均在3.0mmol·l-1钙水平处达到最大值,比低钙处理(1.0mmol·l-1)分别增加了46.2%、50.8%、226.5%、21.9%和33.9%、22.8%、419.2%、48.3%。可见,适量的钙可有效促进大蒜的生长发育、改善光合特性、提高酶的活性、促进营养吸收及提高产量和品质,3.0mmol·l-1钙的作用效果最好。2.通过温室水培方式,研究了镉(cd)对大蒜生长、光合特性、根系指标、酶活性、营养吸收、cd化学形态及产量与品质的影响,同时也探究了增施钙(ca)对镉胁迫大蒜的缓解效应,科学合理地确定钙的最佳增施量,为减少镉对大蒜的毒害及降低大蒜产品中的镉污染提供参考。试验结果如下:1)镉胁迫可明显抑制大蒜植株的生长并降低其形态指标(株高、假茎粗、假茎长、鲜质量),降低叶片的色素(叶绿素和类胡萝卜素)含量和光合参数(净光合速率、蒸腾速率、气孔导度),减小大蒜的根系指标(干鲜质量、根体积、最大根长及根系活力),减弱大蒜叶片中的酶(sod、pod、cat)活性并增加mda含量,降低矿质元素(n、p、k、ca、mg)吸收并增加cd积累,增加活性较强的cd化学形态的比例,降低大蒜蒜薹和鳞茎的外观品质(单蒜薹鲜质量、蒜薹直径、抽薹率、单鳞茎鲜质量及鳞茎横径)和营养品质(大蒜素、可溶性糖、维生素c、游离氨基酸及可溶性蛋白)。2)在镉胁迫基础上增施钙可有效缓解镉对大蒜植株生长的抑制,株高、假茎粗、假茎长及鲜质量均随所增施钙水平的提高先升高后降低,在2和3mmol·l-1钙水平处达到峰值,比不增钙cd处理分别提高了39.0%~68.1%、25.1%~26.0%、42.8%~48.0%及53.5%~95.2%。3)增施钙增加了镉胁迫大蒜叶片中的叶绿素和类胡萝卜素含量,其随所增施钙水平的变化趋势与形态指标类似,在2和3 mmol·L-1钙水平处达到最大值,比不增钙Cd处理分别增加了25.7%~38.5%和37.0%。增施钙同样提高了镉胁迫大蒜的光合参数,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均在2 mmol·L-1钙水平处达到最大值。4)增施钙增大了镉胁迫大蒜的根系指标,根鲜质量、根体积、最大根长、根干质量及根系活力在2和3 mmol·L-1钙水平处最大,比不增钙Cd处理分别提高了31.2%~43.7%、63.2%~73.3%、27.0%~48.6%、51.3%~58.7%及28.7%~55.3%。增施钙也一定程度上增强了镉胁迫大蒜叶片中的酶活性并减少了MDA含量,SOD、POD、CAT活性在2和3 mmol·L-1钙水平处最大,比不增钙Cd处理分别增强了22.9%~43.9%、12.3%~18.0%、4.9%~27.4%,MDA含量在2 mmol·L-1钙水平处最低,比不增钙Cd处理减少了12.9%~25.0%。5)在镉胁迫基础上增施钙促进了大蒜对矿质元素的吸收并降低了对镉的积累,根中N、P、K及Mg含量在2和3 mmol·L-1钙水平处最高,比不增钙Cd处理分别增加了9.1%~15.5%、21.3%~50.3%、19.6%~31.2%及20.2%~62.3%,而根中Cd、Ca含量与钙水平分别呈负、正相关。此外,增施钙改变了镉胁迫大蒜根中Cd的化学形态,降低了活性较强的Cd化学形态的比例,降低了镉对大蒜的毒害作用。6)增施钙提高了镉胁迫大蒜蒜薹和鳞茎的外观品质,单蒜薹鲜质量、蒜薹直径、抽薹率、单鳞茎鲜质量及鳞茎横径在2和3 mmol·L-1钙水平处最高,比不增钙Cd处理分别提高了32.4%、17.6%、96.3%、158.7%及38.6%。增施钙同样提高了蒜薹和鳞茎的营养品质,大蒜素、可溶性糖、维生素C、游离氨基酸、可溶性蛋白含量也在2和3 mmol·L-1钙水平处达到峰值,比不增钙Cd处理分别提高了57.7%、29.7%、21.3%、22.5%、28.8%和22.0%、23.8%、28.8%、26.7%、23.2%。总之,镉胁迫对大蒜的生长、光合特性、根系指标、酶活性、营养吸收、Cd化学形态及产量与品质会产生严重的负面作用。增施一定量的钙可显著缓解镉对大蒜的毒害作用,减少大蒜的镉污染。