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Zn、Cu胁迫下杨树的生理响应及体内积累的研究

作　者: 杨素丹
导　师: 涂炳坤
学　校: 华中农业大学
专　业: 园林植物与观赏园艺
关键词: 杨树重金属胁迫 Zn Cu 生理响应累积
分类号: S792.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

利用植物修复Zn、Cu污染是当今环境学和生物学研究的一个方向。目前用于植物修复的植物种类筛选主要集中在一些超富集植物上。超富集植物虽具有较强的富集能力,但是也存在生物量小、生长地域与环境受限、品种资源较少等不利因素,从而限制了这项绿色生物技术的应用。本课题拟利用木本植物杨树作为植物修复的备选植物,在试验中模拟Zn、Cu胁迫环境,研究杨树对Zn、Cu胁迫下的部分生理响应以及在体内Zn、Cu富集的分布规律,探讨不同杨树材料间的抗性及修复潜力的差异,为利用杨树进行植物修复提供一些理论准备。本研究以华中农业大学基地的5个杨树材料插条为试验材料(I-69、南抗2号、常绿杨、小叶杨和鲁山杨),使用不同浓度Zn、Cu进行处理,研究了Zn、Cu对杨树材料植株生长、叶片相对电导率、叶绿素相对含量、可溶性蛋白质含量及丙二醛(MDA)含量的影响,分析了Zn、Cu在5个杨树材料体内分布、积累和迁移特性,研究了栽植杨树材料后,土壤中Zn、Cu含量变化和pH值的变化,并对杨树Zn、Cu积累和毒害的生理机制进行了讨论。得到如下主要结果:(1)从表观形态上来说,5个杨树材料对Zn、Cu胁迫的抗性依次为小叶杨＞鲁山杨＞南抗2号＞1-69＞常绿杨。(2) 5个杨树材料的高和地径生长率随着Zn、Cu胁迫的增大而显著下降。综合考虑生长指标的变化,5个杨树材料生长对Zn、Cu胁迫的抗性依次为鲁山杨＞南抗2号＞1-69杨＞常绿杨＞小叶杨。(3)随Zn浓度增大,杨树材料生物量存在先降后增的趋势,而随Cu处理浓度的增高,杨树的生物量呈下降趋势,在Zn、Cu交互胁迫条件下,杨树生物量降低速率随两者交互浓度的增加呈现逐渐降低的趋势,即中等浓度的Zn、Cu互作促进杨树生物量的积累。(4)随Zn、Cu浓度增加,5个杨树材料叶片叶绿素相对含量明显降低。其中,小叶杨受胁迫后,叶片中相对叶绿素含量仍最高,且含量恢复较快。(5)随Zn、Cu处理时间延长,杨树叶片相对电导率逐渐增大。各材料间差异显著,小叶杨和南抗2号细胞膜受伤害程度最低。杨树叶片相对电导率增大速率随Zn、Cu交互浓度的增加呈现逐渐降低的趋势,即高浓度的Zn、Cu相互制约了其对杨树细胞质膜的破坏。(6) Zn、Cu处理21 d后,各杨树材料叶片中可溶性蛋白质的含量大小为:小叶杨＞常绿杨＞鲁山杨＞南抗2号＞I-69杨。叶片中可溶性蛋白质的含量随Cu离子浓度增加,呈先增后降的趋势,随Zn离子浓度增加先降后升,在600 mg/g达到最高值。(7)杨树叶片中MDA的含量随处理时间的延长而逐渐增大。各材料间差异性显著。总体来说,杨树叶片中MDA含量随Zn离子浓度升高而呈现上升趋势,随Cu离子浓度升高而则呈现先升后降趋势。在Zn、Cu交互作用下,杨树叶片中MDA含量随Zn、Cu交互浓度增加而降低,说明随Zn、Cu交互浓度增加,杨树叶片膜受破坏程度增加。(8)不同杨树材料对Zn、Cu的富集能力存在种间差异,小叶杨体内Zn、Cu累积量最多,富集能力最强,且小叶杨Zn主要累积在根中,而对Cu主要累积在茎中;5个杨树材料吸收的Zn在各器官的累积量为根＞叶＞茎;Cu在各器官的累积量为根＞茎＞叶。(9)不同浓度Zn处理对Zn、Cu在杨树各部位的迁移系数无显著影响,不同浓度Cu处理只对根部Cu累积量达到极显著水平,杨树根部累积Cu含量随处理Cu浓度的增加而增加。总体来说,杨树对Zn、Cu胁迫具有较强的忍耐力,低浓度Zn对杨树生长基本无影响,而高浓度Zn、Cu则对杨树生长产生毒害作用,且随着胁迫浓度的提高和处理时间的延长而毒害程度加大。在Zn、Cu胁迫下,5个杨树材料对Zn、Cu的综合抗性排序为:小叶杨＞南抗2号＞常绿杨＞I-69杨＞鲁山杨,且5个杨树材料间综合抗性差异显著。5个杨树材料单独对Zn、Cu的综合抗性排序均为:小叶杨＞南抗2号＞I-69杨＞常绿杨＞鲁山杨。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-12
缩略语表  12-13
1 前言  13-34
  1.1 重金属对植物的毒害  13-14
  1.2 对植物生长发育的影响  14-19
    1.2.1 对矿质营养的影响  14-15
    1.2.2 对水分代谢的影响  15
    1.2.3 对光合作用的影响  15-16
    1.2.4 对植物呼吸作用的影响  16
    1.2.5 对膜透性的破坏  16-17
    1.2.6 对酶活性的影响  17
    1.2.7 对植物中脯氨酸、丙二醛、蛋白质、氨基酸和可溶性糖等含量的影响  17-18
    1.2.8 对植物遗传物质的影响  18-19
  1.3 重金属污染对植物的毒害机理  19
  1.4 植物对重金属的抗性机理  19-29
    1.4.1 植物对重金属离子的吸收控制机理  20-22
    1.4.2 重金属在植物体内的螯合机理  22-24
    1.4.3 重金属体内分隔机理  24-27
    1.4.4 热休克蛋白  27-28
    1.4.5 多胺  28-29
  1.5 重金属污染土壤的植物修复技术  29-32
    1.5.1 植物萃取技术  30-31
    1.5.2 植物固定技术  31
    1.5.3 植物挥发技术  31-32
    1.5.4 根部过滤技术  32
  1.6 本研究的目的与意义  32-34
2 材料与方法  34-40
  2.1 植物材料  34
  2.2 Zn、Cu材料  34
  2.3 试验方法  34-38
    2.3.1 试验设计  34-36
    2.3.2 试验地概况  36
    2.3.3 试验材料培养  36
    2.3.4 试验处理  36
    2.3.5 杨树生长速率测定和形态观察  36-37
    2.3.6 杨树叶片叶绿素相对含量和电导率测定  37
    2.3.7 杨树叶片中可溶性蛋白质和丙二醛测定  37
    2.3.8 杨树生物量和根、茎和叶中Zn、Cu含量测定  37-38
    2.3.9 土壤中pH值和Zn、Cu含量测定  38
    2.3.10 Zn、Cu元素标曲配置  38
  2.4 数据处理  38-40
3 结果与分析  40-64
  3.1 形态变化  40-42
  3.2 Zn、Cu胁迫对杨树树高和地径生长的影响  42-46
    3.2.1 Zn、Cu胁迫对杨树树高生长的影响  42-44
    3.2.2 Zn、Cu胁迫对杨树地径生长的影响  44-46
  3.3 Zn、Cu胁迫对杨树生物量的影响  46-48
  3.4 Zn、Cu胁迫对杨树生理指标的影响  48-56
    3.4.1 Zn、Cu胁迫对杨树叶片中叶绿素相对含量的影响  48-50
    3.4.2 Zn、Cu胁迫对杨树叶片质膜透性的影响  50-53
    3.4.3 可溶性蛋白质含量  53-54
    3.4.4 丙二醛(MDA)含量  54-56
  3.5 Zn、Cu在杨树根、茎和叶中的积累和迁移  56-61
    3.5.1 Zn在杨树根、茎和叶中的富集和迁移  57-59
    3.5.2 Cu在杨树根、茎和叶中的富集和迁移  59-61
    3.5.3 Zn、Cu互作对杨树吸收的影响  61
  3.6 土壤中Zn、Cu的量和pH值的变化  61-63
    3.6.1 土壤中Zn、Cu含量变化  61-62
    3.6.2 土壤pH值变化  62-63
  3.7 杨树对Zn、Cu抗性的综合评价  63-64
4 结论和展望  64-71
  4.1 Zn、Cu胁迫对杨树生长的影响  65
  4.2 Zn、Cu胁迫对杨树生理特性影响  65-67
  4.3 Zn、Cu胁迫对杨树吸收累积Zn、Cu能力的影响  67-71
参考文献  71-84
致谢  84

Zn、Cu胁迫下杨树的生理响应及体内积累的研究

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