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龙葵和小飞蓬耐锰性及富集作用的研究

作　者: 吴惠芳
导　师: 刘鹏
学　校: 浙江师范大学
专　业: 生态学
关键词: 植物修复锰胁迫富集生理响应
分类号: X173
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本试验以两种具有相对较强耐锰性及富集作用的植物品种龙葵和小飞蓬为材料,分别采用水培和土培法培养植物,探究锰胁迫下这两种植物的生长特性及锰在植物体内的运输赋存形态,探讨了锰胁迫下龙葵、小飞蓬根系分泌物对土壤根际微生态的影响,包括土壤微生物数量、土壤酶活性及土壤锰形态的影响。本研究结果总结如下：1.Mn胁迫下,随着Mn浓度的升高,龙葵和小飞蓬的叶面积、根长、存活率都有不同程度的下降,株高先略高于对照,而后逐渐下降。龙葵、小飞蓬叶中还原性抗坏血酸(ASA)含量随着锰浓度的升高显著增加,之后随着锰浓度的继续增加,ASA含量下降,但总体上还是大于对照。两者的脱氢抗坏血酸(DHA)含量随着锰浓度的增加显著增加,都在锰浓度为16 mmol/L时达到最大值。在各相应锰浓度下龙葵的ASA含量大于小飞蓬,且DHA含量增加幅度比小飞蓬小。两种植物总抗坏血酸含量呈上升趋势,还原型抗坏血酸含量在总抗坏血酸含量中的比例逐渐降低。2.叶绿素含量均随着培养液中Mn含量的增加显著降低。两种植物的最大光化学量子产量(Fv/Fm)、最大荧光(Fm)、同期光合量子产量(Yield)和表观光合电子传递速率(ETR)均随着Mn离子浓度的增加明显降低；两种植物的初始荧光(Fo)均呈下降上升趋势,而非光化学荧光淬灭系数(NPQ)有上升趋势,但处理之间NPQ变化差异不明显。试验表明在锰胁迫下两种植物的光合作用电子传递过程和电子传递速率被抑制。3.随着锰浓度的增加,龙葵和小飞蓬各组织内锰含量不断增加,达极显著水平。分别在8 mmol/L时达到最大值,其中组织吸收量大小顺序是：叶>茎>根。在各相对应的锰浓度下,龙葵各组织中单位锰含量大于小飞蓬。两种植物对锰的吸收能力虽没有达到超富集植物的要求,但均表现出较强的富集锰元素和耐锰的能力。4.锰胁迫下,诱导产生植物络合素(PCs)有上升后下降的趋势,但含量较少且与对照相比无明显变化,可能和诱导时间有关或者表明锰胁迫下植物组织并不能有效地产生PCs以螯合锰而缓解其毒害；而PCs产生的前体物质谷胱甘肽(GSH),及类金属硫蛋白(MTL)的诱导量和锰浓度之间存在一定相关性,两个品种的GSH、MTL含量随锰浓度变化分别呈现先下降后上升和先上升后下降的规律。实验表明GSH和MTL对不同锰处理浓度的响应都很敏感。所以二者的诱导量变化可作为植物耐锰胁迫的参考指标。随Mn处理浓度增大,龙葵受Mn胁迫的影响比小飞蓬小。5.随锰浓度的升高,龙葵和小飞蓬的植物多酚含量有上升趋势,但没有显著的剂量效应,之后呈下降趋势。两种植物中的单宁含量变化较大,叶片可溶缩合单宁(ECT)、叶片蛋白质缩合单宁(PCT)、纤维素缩合单宁(FCT)的含量均随着锰处理浓度的增大而增加。随着锰处理浓度的增高,ECT的浓度呈现下降的趋势。锰胁迫对ECT、PCT和FCT各组分在TCT中的比例分布没有显著影响。6.随锰浓度的增加,两种植物真菌数量逐渐减少,细菌、放线菌数量也均呈波动性变化。低浓度锰可刺激脲酶、磷酸酶的活性；高浓度锰不同程度地抑制脲酶、蛋白酶、转化酶、过氧化氢酶、磷酸酶活性；多酚氧化酶活性在高浓度下反而有增加。小飞蓬根际土壤中脲酶、多酚氧化酶、蛋白酶、磷酸酶、转化酶之间存在显著或极显著的正相关性,六种土壤酶的相关程度为转化酶>蛋白酶>多酚氧化酶>脲酶>磷酸酶>过氧化氢酶。龙葵根际六种土壤酶的相关程度为脲酶>转化酶>磷酸酶>蛋白酶>过氧化氢酶>多酚氧化酶,表明转化酶对锰污染最为敏感。7.随着锰处理浓度的增加,根际土壤各形态锰含量都有所增加。植物根际锰形态分布特征与6种土壤酶活性之间的线性回归相关性分析表明,两种植物中6种土壤酶均与某一种形态的锰或几种形态的锰的含量呈显著直线相关。两种植物各形态锰含量与土壤酶活性的相关关系优于总量锰,因此可将锰各形态含量关系作为评价红壤锰污染程度的主要生物学指标。

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摘要 5-7ABSTRACT 7-11目录 11-14第一章文献综述 14-26 1 重金属污染现状 14-17 1.1 重金属污染对植物生理特性的影响 15 1.2 土壤锰污染及其存在形态 15-16 1.3 过量锰对生物生理代谢的影响 16-17 2 植物修复技术 17-19 2.1 植物修复的特点 18-19 2.2 锰超积累植物和锰富集植物 19 3 植物对锰毒的耐性机理 19-21 4 植物根系微生态 21-23 4.1 根系分泌物响应环境胁迫的分泌机理 22 4.2 根际土壤锰形态的影响因素 22-23 5 本研究的目的及意义 23-25 6 技术路线 25-26第二章龙葵、小飞蓬对锰毒的生理响应 26-40 1 引言 26-27 2 材料和方法 27-29 2.1 材料和处理 27 2.2 实验设计 27-28 2.3 测定方法 28-29 2.3.1 植物外伤症状及存活率分析 28 2.3.2 株高及根系容忍指数(IT,Index of Tolerance) 28 2.3.3 叶面积分析 28 2.3.4 叶绿素含量、叶绿素荧光参数的测定 28-29 2.3.5 抗坏血酸含量的测定 29 2.4 数据统计分析 29 3 结果和分析 29-36 3.1 锰胁迫对龙葵和小飞蓬生长的影响 29-32 3.2 Mn对植物叶片色素含量的影响 32-35 3.3 叶片抗坏血酸含量 35-36 4 讨论 36-40第三章锰胁迫下龙葵和小飞蓬锰运输赋存形态 40-52 1 引言 40-41 2 材料和方法 41-44 2.1 材料和处理 42 2.2 实验设计 42 2.3 测定方法 42-44 2.3.1 根茎叶全锰含量测定 42 2.3.2 非蛋白质态巯基总量和谷胱甘肽、植物螯合肽的测定 42-43 2.3.3 类金属硫蛋白的测定 43 2.3.4 植物多酚的提取及测定 43-44 2.4 用数据处理系统对数据进行统计分析 44 3 结果和分析 44-48 3.1 锰对龙葵、小飞蓬根、茎、叶组织中的锰含量的影响 44-45 3.2 锰胁迫下非蛋白质态巯基化合物含量变化 45-46 3.3 锰胁迫下类金属硫蛋白的变化 46-47 3.4 锰胁迫下龙葵、小飞蓬叶片总多酚和单宁含量的变化 47-48 4 讨论 48-52第四章锰胁迫下龙葵和小飞蓬根际微生态的变化 52-70 1 引言 52-53 2 材料和方法 53-55 2.1 试验材料 53 2.2 试验设计和方法 53-54 2.2.1 土壤酶活性的测定 54 2.2.2 土壤有效锰形态的分级测定 54 2.3 数据处理 54-55 3 结果与分析 55-66 3.1 锰胁迫对植物根际细菌、真菌、放线菌数量的影响 55-57 3.1.1 细菌数量 55-56 3.1.2 真菌数量 56 3.1.3 放线菌数量 56-57 3.2 锰胁迫对植物根际土壤酶活性的影响 57-62 3.2.1 过氧化氢酶活性 57-58 3.2.2 服酶活性 58-59 3.2.3 蛋白酶活性 59 3.2.4 转化酶活性 59-60 3.2.5 磷酸酶活性 60-61 3.2.6 多酚氧化酶活性 61-62 3.3 重金属与土壤酶及土壤酶间的相关性 62-63 3.4 土壤中锰形态与土壤酶活性的关系 63-66 4 讨论 66-70第五章研究结论 70-73参考文献 73-88攻读学位期间取得的研究成果 88-89致谢 89-90

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