镁缓解榧树苗木铅胁迫的作用及其机理

来源 :浙江农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qingsong009
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铅作为一种毒性很大的重金属,在环境中不能被生物降解,容易被作物吸收,进入食物链,最终危害人类的健康,铅(Pb2+)毒害可能导致植物生理生化障碍。香榧(Torreya grandis)是榧树的优良变异类型经人工嫁接培育而成的品种,香榧子营养价值高,富含优质脂肪酸、蛋白质和多种微量元素。近年来随着香榧子价格的大幅度上升,林农为追求经济效益最大化,往往过量增加香榧林地有机质肥的施用量,使得林地的营养水平发生了很大变化,虽然香榧子产量得到明显的提高,但也不可避免地导致了林地土壤重金属铅含量的增加。但目前仍然未有榧树苗木对重金属铅耐受性的报道以及铅胁迫下其生长和生理的响应机理也未有涉及。而Mg2+已被证明能改善某些重金属胁迫对植物的不利影响,本研究旨在探讨Pb2+对榧树苗木的毒害和Mg2+缓解Pb2+毒害的作用机制。在这项研究中,用温室盆栽试验进行分析生长参数,以两年生无污染的榧树苗木为供试材料,Pb2+以Pb(NO32的形式加入,Mg2+以MgCl2形式加入,研究不同浓度Pb2+处理下榧树苗木生长、光合及活性氧产生和清除能力的变化及Mg2+对Pb2+胁迫下榧树苗木生长的特性、光合作用指标、生理生化指标的变化,通过对各项指标的分析和比较,主要研究结果如下:(1)施加浓度为700 mg kg-1的Pb2+促进榧树苗木生长,叶片气孔导度(Gs)与Fv/Fm增大,促进了光合作用;超氧阴离子(O2-)产生速率、过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量均显著低于对照(P<0.05);1400 mg kg-1的Pb2+则抑制榧树苗木生长,降低Gs,减小Fv/Fm,O2-、H2O2和MDA含量则显著上升,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性较对照明显上升(P<0.05),这可能与高浓度铅处理引起榧树活性氧的积累导致榧树苗木过氧化作用加剧有关。(2)土壤Pb2+含量为1400 mg kg-1的榧树苗木与对照组和土壤Pb2+含量为700 mg kg-1的处理相比显著降低了植物的生长量。添加10 m M Mg2+显著改善植物苗木在Pb2+毒害下的生长,伴随着叶绿素含量增加,Pn和Fv/Fm的升高,且添加Mg2+促进了叶绿体的发展。此外,应用Mg2+使植物根部积累更高浓度的Pb2+并伴随着吸收和转移更高浓度的Mg2+到植物地上部分。此外,Mg2+添加改善根系生长和增加根系活力,同时也保护了根部细胞的超微结构。因此,应用Mg2+是缓解栽培榧树苗木Pb2+毒害的一个有效的方法。(3)RNA-Seq分析在检测Mg2+缓解Pb2+胁迫的榧树苗木时检测到大量的差异表达基因。与“As A-GSH”相关的关键酶编码基因在Pb2+胁迫和Mg2+缓解处理中呈上升的趋势。从RNA-Seq结果中筛选出11个基因其q-PCR结果与RPKM值一致。
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