圆叶锦葵对镉胁迫的生理响应与主要根际特征研究

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植物修复是一种生态环保、应用前景广阔的土壤修复技术,其应用的基础是植物对重金属的耐性。现有超富集植物种类少,且大多生物量小、生长慢,观赏性低,与之相比,圆叶锦葵(Malva pusilla Sm.)生物量大、观赏性高、生态适应性强,园林应用基础广泛,是可运用于植物修复实践的良好材料。本研究以圆叶锦葵为试材,采用盆栽试验,研究不同浓度镉处理下[0(CK)、5、15、30、60、100mg/kg]圆叶锦葵对矿质元素吸收、生理生化以及主要根际特征变化,以探究圆叶锦葵对镉胁迫的生理响应及其镉积累特征。以期为其应用于城市镉污染土壤治理提供理论依据。主要研究结果如下:(1)与对照(CK)相比,不同浓度镉处理下圆叶锦葵的生物量显著增加(P<0.05),镉富集量增多,矿质元素吸收量发生改变。生物量的增幅表现为:叶>茎>根。镉的积累总体表现为:地上部>地下部。镉处理促进了圆叶锦葵根、茎对Ca、Fe、Mg、Mn和Cu的吸收积累,且处理间差异显著(P<0.05);而叶片中Ca、Fe、Mg和Mn的吸收在高镉浓度下(≥60 mg/kg)受到抑制,叶片中Cu含量无显著变化。(2)镉处理下,圆叶锦葵保护酶系统被激活,抗氧化剂含量增加。抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性随镉浓度增大而增大,各处理间差异显著(P<0.05)。镉处理下根系抗氧化剂含量(GSH、As A)含量显著增多(P<0.05),随着镉浓度的增加呈上升趋势,而叶片中GSH与As A含量变化趋势为先升后降,但均高于对照处理。根系中可溶性糖含量显著上升(P<0.05),而叶片中可溶性糖含量在高镉浓度下(≥60 mg/kg)低于对照组;根系和叶片中可溶性蛋白含量变化呈先升后降趋势,处理间差异显著,且均在30mg/kg镉浓度下达到峰值。(3)不同浓度镉处理对圆叶锦葵土壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性的促进作用显著(P<0.05),除对照外,根际土壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性均高于非根际土壤。镉处理下,根际土壤p H降低显著(P<0.05),p H值降低可能是圆叶锦葵对矿质元素的吸收增多的原因之一,土壤酸化加速了土壤中矿质元素的释放,矿质元素溶解度增大,生物有效性增加。(4)圆叶锦葵有机酸分泌量随镉浓度的升高而增多,有机酸的增多导致土壤p H值降低,也间接促进了圆叶锦葵根系矿质元素的吸收。镉处理下有机酸分泌量由多到少依次为:柠檬酸、草酸、富马酸、苹果酸、琥珀酸、酒石酸、丙二酸、丙酮酸、乳酸、乙酸。镉处理显著增加了圆叶锦葵草酸和柠檬酸的分泌量(P<0.05)。相关性分析表明,根系有机酸总量、柠檬酸、草酸含量与圆叶锦葵根系镉富集能力呈极显著正相关(P<0.001)。苹果酸、富马酸、酒石酸含量随镉浓度的升高总体呈现先上升后下降的趋势。
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