玉米幼苗对镉胁迫的响应及硅对镉毒害的缓解作用研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:n0131
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随着人类经济生活的发展,由冶金、化肥、化工等产业导致的重金属镉(Cd)污染日益加剧,已严重威胁食品安全与人体健康。近年来重金属对植物的毒害效应已成为生态学和环境保护学研究的热点问题,但相关领域的研究大多以土壤为介质模拟受污染环境,无法排除土壤中其它因素对镉胁迫机理探究的干扰。本文选用玉米(Zeamays L.)为材料,利用水培系统研究不同CdCl2浓度胁迫条件下玉米幼苗的生长响应和Cd2+在玉米根中的沉积位置,并通过添加Si(Na2SiO3)探究其对玉米幼苗Cd毒性的缓解作用,结果如下:1)不同Cd2+浓度(0、10、20、40mg.L-1)对玉米幼苗生长影响的研究发现,低浓度的镉处理(10 mg.-1)对玉米幼苗生长没有显著抑制作用,生物量轻微减小,玉米幼苗抗逆性被激发,叶片颜色加深光合作用增强,根径变粗,根部腐烂状况好转,并且地上部分和根中Cd浓度较高,转移系数(TF)和富集系数(BC)达到最高,分别为0.62和104.01,有利于玉米幼苗对Cd的富集。随镉浓度进一步升高(20、40 mg.L-1),玉米幼苗生长受到显著抑制,生物量显著降低,叶片萎黄干枯、根变粗短、颜色呈黄褐色,部分幼苗死亡。此时,虽然根和地上部分Cd浓度很高,但转移系数和富集系数均降低,分别为0.51和43.93,不利于Cd的吸收和向地上转移,且幼苗因受严重毒害而不能继续生长。2)Cd2+在根中的沉积转运切片观察发现,Cd2+主要以质外体途径在根中移动,并大量富集在表皮层和外皮层,外皮层凯氏带会阻碍大部分Cd2+进入中央皮层,但有部分Cd2+通过有缺陷的外皮层细胞或共质体途径进入中央皮层。Cd2+穿过中央皮层的运输过程中会被束缚在细胞壁或隔离进细胞液泡,仅有小部分Cd2+移动至内皮层并以共质体途径通过内皮层细胞,最终抵达中柱木质部和韧皮部向地上部分转运。3)高浓度镉处理(20mg·L-1)下添加Na2SiO3(130mg·L-1)对玉米幼苗镉毒害的缓解作用研究发现,外源Si显著提升了 Cd胁迫下玉米幼苗的生物量、叶片数和侧根数,地上部分长度、鲜重和干重分别恢复至对照的68.8%、57.1%和75.3%,叶片数由2.13升高到3.00,侧根数由3.13上升到6.33,转移系数和富集系数分别从0.96、67.91降至0.79、45.93,Si阻碍了根对Cd2+吸收和向地上部分的转运。Si、Cd复合处理试验表明,在高浓度Cd(20mg·L-1)胁迫条件下,添加外源Si可能通过增强植物的光合作用、营养元素和水分吸收状况,有效缓解Cd对玉米幼苗的伤害,因此,施加适宜浓度的Si盐,可以提高玉米幼苗在高浓度Cd胁迫环境中的存活率并促进生长。
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