德国鸢尾净化土壤重金属Cd的机理研究

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德国鸢尾为鸢尾科鸢尾属多年生草本植物,具有较高的观赏价值和吸收、富集作用。随着花卉产业的发展,人们对鸢尾属植物的需求日益增长。本研究以德国鸢尾为材料,对植株栽培土壤进行不同浓度的重金属镉(Cd)处理,并分别添加螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA)和菌肥,对植株生长状况进行观察,测定植株(分为根和叶)生理指标、重金属镉含量和在各亚细胞组分的含量,观察叶片损伤情况。通过研究德国鸢尾体内镉在组织和亚细胞水平的毒害效应和规律,分析德国鸢尾对镉的耐性机制,为了解德国鸢尾对重金属富集能力、耐性机制及逆境生理提供理论依据。主要研究结果如下:1)施用镉,浓度5 mg·kg-1时德国鸢尾生物量最高为11.14 g.pot-1,浓度为10mg·kg-1德国鸢尾叶绿素含量45 d时最高为4.38 mg·g-1;施用EDTA,随EDTA浓度升高干重差异性显著,且根冠比随Cd浓度增加递减;Cd浓度为15 mg·kg-1,叶绿素a、b和类胡萝卜素含量随EDTA浓度增加显著下降,30 d叶绿素总量显著上升,最高为4.64 mg·g-1。施用菌肥,20 g·L-1株高在不同Cd浓度处理下变化规律相同,但浓度较高时,随Cd浓度升高株高变化较大且数值降低,故低浓度可缓解植物在受高浓度重金属胁迫伤害。2)植物生长30 d和45 d时超氧化歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性在Cd浓度为10 mg·kg-1最高,丙二醛(MDA)30 d时Cd浓度为15 mg·kg-1时与对照相比含量增加50%,且脯氨酸含量与对照相比增加24.3%。施用EDTA,5 mg·kg-1、10 mg·kg-1分别与对照相比,叶片SOD、POD、CAT活性下降,5 mg·kg-1时可溶性蛋白含量随EDTA浓度增加,45 d差异显著且含量上升。5 mg·kg-1不同时间段脯氨酸含量下降。MDA随EDTA浓度变化45 d与相应对照相比差异显著。施用菌肥,浓度20 g·L-1时活性弱,随浓度升高CAT活性上升。Cd浓度10 mg·kg-1、15mg·kg-1时,MDA含量均上升。3)仅施用镉,5 mg·kg-1地上部Cd积累量为0.78 mg·kg-1,15 mg·kg-1积累量为2.46 mg·kg-1,使地下部Cd向地上部转移。5 mg·kg-1地下部器官Cd含量高于地上部,但随Cd浓度升高地上部高于地下部,15 mg·kg-1Cd积累部位主要为地上部。5mg·kg-1Cd处理时菌肥富集能力高于EDTA,15 mg·kg-1时EDTA富集能力较强,为5.26 mg·kg-1。不同器官同一亚细胞组分的Cd含量与各器官中总Cd含量关系一致,即根>叶。菌肥处理,在5 mg·kg-1Cd浓度时40 g·L-1菌肥使植物转移系数高于相应对照组,故Cd主要分布细胞壁和胞基质,低浓度根系亚细胞Cd含量高于叶片,高浓度叶片亚细胞Cd含量高于根系。4)扫描电子显微镜(SEM)结果如下:德国鸢尾叶片损伤主要表现表皮皱缩,木质部环纹破坏,皮层导管堵塞,整体结构受损。对照(A0)叶片组织表面光滑、连续,木质部环纹清晰,排列整齐无破损;韧皮部结构饱满,轮廓分明。EDTA处理叶片表皮细胞皱缩,高浓度Cd叶片出现较大破损;木质部环纹模糊,出现断裂;皮层出现颗粒状晶体,部分导管出现堵塞。菌肥处理低浓度Cd叶片表皮变化较小,高浓度表皮细胞皱缩严重,局部有球状凸起,Cd浓度15 mg·kg-1出现破损形成碎片;木质部环纹较模糊,出现略微肿胀,相邻细胞间连接壁难以识别,不易区分韧皮部、木质部等结构。
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