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水葫芦适应不同生长条件的生理生化特性研究

作　者: 陈兴
导　师: 林瑞余
学　校: 福建农林大学
专　业: 生物化学与分子生物学
关键词: 水葫芦环境因素生理根际微生物机理
分类号: S451
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

水葫芦又名凤眼莲,属雨久花科、凤眼莲属,为直立多年生草本植物,原产南美,最初作为水生饲料被引进,后逐渐脱离人为控制,广泛分布于浙江、上海、福建、云南等东南部18个省市自治区,成为十大入侵害草之一,研究水葫芦生物入侵机理对其综合治理与利用具有重要意义。本研究以采自闽江水口电站的水葫芦为材料,通过室外调查和模拟实验,研究用不同营养水平及重金属镉胁迫对水葫芦生长和分蘖动态、形态特征、生理生化特性、内源激素及根际微生物群落功能多样性的影响,主要结果如下:（1）在富营养化内河放养水葫芦研究表明,水葫芦具有强大的无性繁殖力。在放养的210d内,水葫芦在5～7月份鲜重和分蘖数增加明显,鲜重相对生长高达9.42倍,分蘖数相对增加最高达到3.67倍,8月份后增重明显放慢,到10月份下旬至11月份下旬无明显增重,水葫芦在富营养内河中的最大密度约为55.7kg/m²,分蘖数量约为133个/m²。（2）以0.01、0.025、0.05、0.2、1、5、10倍Hoagland营养液室内模拟培养水葫芦,结果表明:在培养120d内,水葫芦在1倍Hoagland完全培养液生长最好,相对生长率高达22倍。缺N、缺P培养水葫芦结果表明,缺素条件下水葫芦株高变矮,侧根系变长,叶片变薄、变小,以缺N培养的最为明显,对水葫芦的生长影响最大,分蘖数仅为对照和缺磷培养的47.1%和50.0%,鲜重分别是38.7%和44.3%。氮素浓度为30.0mg/L、15.0mg/L、7.5mg/L和3.75mg/L的水培模拟试验表明,培养125d后,水葫芦鲜重分别增加到开始放养时的20.5、32.1、14.9和10.2倍,最佳营养液氮素浓度为15.0mg/L。（3）以含有0mg/L Cd²⁺、1mg/L Cd²⁺、5mg/L Cd²⁺和10mg/L Cd²⁺的Hoagland营养液室内模拟培养水葫芦试验表明,5mg/L Cd²⁺处理30d后,水葫芦的镉富集系数达到448,富集的镉主要分布在根系,镉富集量与处理浓度正相关;在10mg/L Cd²⁺下处理30d,根系中镉含量为2741.3mg/kg,是茎叶的20.7倍。生理生化分析表明,镉胁迫下水葫芦叶片和根系的可溶性蛋白和保护酶系活性均显著升高,叶片中可溶性蛋白含量约为根系的1.5～1.8倍;水葫芦叶片中MDA含量无明显变化,根系中MDA含量在10mg/L Cd²⁺条件下处理后显著的升高,镉对水葫芦根系的伤害比叶片伤害早且大。镉胁迫下,IAA、GA和ZR含量趋势均为先升高后降低,在5mg/L Cd²⁺内, IAA、ZR、GA含量均增加,在10mg/L Cd²⁺下,IAA、ZR、GA含量显著降低。植物内源激素ABA含量与镉浓度正相关,10mg/L Cd²⁺下ABA含量达到135.33ng/g·FW,是0mg/L Cd²⁺下的2倍,IAA、ZR、GA之间共同调控,提高了镉胁迫下水葫芦的抗逆性。（4）镉胁迫下,水葫芦根际微生物总量随镉处理浓度升高而减少,CK和1mg/L Cd²⁺条件下,种群数量无明显差异,但在10mg/L Cd²⁺条件下的微生物总量仅为是CK的67%。生理类群分析表明,自生固氮菌、硝化细菌和亚硝化细菌随镉浓度的增大种群密度在减小,以10mg/L Cd²⁺下最为显著,其中亚硝化细菌减少最多,是CK组的45%;反硝化细菌在低浓度镉胁迫下种群密度增大,高浓度下受到抑制,氨化细菌和好气性纤维素分解菌呈相似的变化趋势。生物群落功能多样性的BIOLOG分析表明,水葫芦根际微生物在0mg/L Cd²⁺和1mg/L Cd²⁺环境中对有机物利用率较高,在5mg/L Cd²⁺和10mg/L Cd²⁺下,有机物的利用率显著下降。综上所述,水葫芦具有强大的无性繁殖力,具有高的表型可塑性,以及保护酶和激素的调节增强了水葫芦的抗逆性,根际微生物多样性的改变也对维持养分循环、修复富营养化和镉污染水域具有重要作用。在氮素浓度为3.75～30mg/L、0～5mg/L Cd²⁺、0～10倍Hoagland营养液中均能正常生长,具有强大的生长适应性。

全文目录

中文摘要  7-9
Abstract  9-11
1 前言  11-22
  1.1 生物入侵及其危害  11-13
    1.1.1 生物入侵  11
    1.1.2 生物入侵的危害  11-13
  1.2 生物入侵机理  13-16
    1.2.1 生物入侵的生态学机理  14
    1.2.2 生物入侵的生理学机理  14-15
    1.2.3 生物入侵的分子生物学机理  15-16
  1.3 水葫芦生物学特性与危害  16-18
    1.3.1 水葫芦的生物学特性  16-17
    1.3.2 水葫芦遗传多样性  17
    1.3.3 水葫芦的危害  17-18
  1.4 水葫芦防治与应用  18-21
    1.4.1 水葫芦的防治措施  18-20
    1.4.2 水葫芦的开发应用  20-21
  1.5 本研究的目的意义  21-22
2 材料与方法  22-29
  2.1 材料  22
    2.1.1 水葫芦材料  22
    2.1.2 试剂  22
  2.2 方法  22-29
    2.2.1 不同营养水平下水葫芦的生长发育  22-24
    2.2.2 镉污染条件下水葫芦的生理生化特性  24
    2.2.3 镉污染条件下水葫芦根际微生物功能多样性  24-25
    2.2.4 分析项目与方法  25-29
3 结果与分析  29-45
  3.1 不同营养水平下水葫芦生长发育特性  29-34
    3.1.1 富营养化内河中水葫芦生长发育特性  29
    3.1.2 不同营养条件下水葫芦生长发育特征  29-31
    3.1.3 缺氮和缺磷条件下水葫芦生长发育特征  31-32
    3.1.4 不同N 素营养水平下水葫芦生长发育特征  32-34
  3.2 镉污染条件下水葫芦生理生化特性  34-41
    3.2.1 水葫芦的物质积累和分蘖  34-35
    3.2.2 水葫芦的形态特征  35
    3.2.3 水葫芦叶绿素含量、光合作用、蒸腾效率和根系活力  35-36
    3.2.4 水葫芦可溶性蛋白及保护酶系变化  36-39
    3.2.5 水葫芦中镉含量及富集系数  39
    3.2.6 镉污染下植物激素的影响  39-41
  3.3 镉污染下水葫芦根际微生物功能多样性  41-45
    3.3.1 水葫芦根际微生物区系分析  41
    3.3.2 水葫芦根际微生物生理类群分析  41
    3.3.3 水葫芦根际微生物群落功能多样性的BIOLOG 分析  41-45
4 结论与讨论  45-49
  4.1 强大的繁殖力  46
  4.2 高表型可塑性  46
  4.3 较宽的生态幅  46-47
  4.4 生理响应机理  47
  4.5 激素调控  47-48
  4.6 根际微生物影响  48-49
5 研究展望  49-50
参考文献  50-56
附录一：缩略语 Abbreviations  56-58
致谢  58

水葫芦适应不同生长条件的生理生化特性研究

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