重金属Cd对桐花树幼苗生理生态效应及土壤酶的影响研究

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本文通过土培试验方法研究不同浓度Cd胁迫对桐花树(Aegiceras corniculatum)幼苗的生长、生理特性及土壤酶活性的影响,从可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉、脯氨酸、抗氧化酶系统、MDA等方面对红树植物生理特性的变化进行了系统的研究,进一步探讨了红树植物抗重金属生理生态学适应机制,并探讨了Cd胁迫下湿地土壤酶活性的变化以及Cd在红树幼苗中的迁移规律:1.盆栽土培条件下,胁迫4个月,低浓度Cd胁迫(0.5 mg·kg-1)对桐花树幼苗生长无明显伤害现象,甚至促进生长,表现在幼苗株高、植株鲜重均显著高于对照;随Cd浓度增加至50 mg·kg-1,抑制了幼苗正常生长,生物量下降,根长显著变短,对植株造成了伤害;Cd胁迫10个月后,桐花树幼苗在中、低浓度Cd(0.5~5 mg·kg-1)环境下促进生长,高浓度Cd(30~50 mg·kg-1)抑制其生长。表明随着桐花树幼苗生长,其耐Cd能力增加。2.低浓度的Cd(0.5 mg·kg-1)对幼苗叶片叶绿素的合成具有促进作用,但当Cd浓度继续升高,桐花树幼苗叶片叶绿素含量降低,其中叶绿素a所受Cd影响要较叶绿素b显著,而且叶绿素a/b值呈现持继下降趋势。3.植物需以牺牲生长为代价,消耗大量能量来抵抗逆境。幼苗叶中淀粉含量变化趋势总体随Cd浓度增加而下降,50 mg·kg-1 Cd胁迫下叶及根中淀粉含量分别为20.46 mg·kg-1、3.75 mg·kg-1,分别为对照的55.80%和61.44%;低浓度的Cd(0.5 mg·kg-1)刺激幼苗叶及根中淀粉合成,含量高于对照;淀粉含量与Cd浓度存在显著负相关(r= -0.904,P<0.01;r= -0.871,P<0.05)。4.可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸的含量均随着Cd浓度的增加出现不同程度的先升后降的趋势。表明桐花树对低浓度的Cd有一定的抵抗能力,但在高浓度的Cd胁迫下则受到伤害。5.5~50 mg·kg-1Cd胁迫下,桐花树幼苗可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量均显著高于对照,与Cd浓度均存在正相关性,建议可作为桐花树Cd胁迫的检测指标。可以认为,在Cd胁迫下,桐花树幼苗通过渗透调节物质的积累和可溶性蛋白质合成的增加来对抗Cd胁迫的不利影响。6.在中、低浓度Cd范围内,SOD、POD活性均显著升高,但是在高浓度Cd胁迫下,根及叶中SOD活性均下降,但变化不同,根中SOD活性显著低于对照,而叶中SOD仍显著高于对照;在高Cd胁迫下,叶及根中POD活性与对照差异不大,表明桐花树幼苗对Cd有一定的抗性,以抵御Cd对植株的伤害。7.根中MDA含量在无论在高浓度还是中低浓度范围Cd胁迫下,其值均低于对照;叶中MDA含量虽然在高Cd胁迫下略高于对照,但与对照差异不显著,而且在中低浓度Cd胁迫下其值下降,表明膜脂过氧化作用并不是Cd胁迫下桐花树幼苗受损伤的主要原因。8.通过重金属Cd在桐花树不同部位的富集系数的分析发现,桐花树不同部位对土壤Cd的富集能力为:根系>茎叶。并且茎叶中的重金属含量较低,根系对Cd的富集系数是叶的8.75~28.42倍、茎的7.15~29.05倍(胁迫10个月)。生长10个月的桐花树植株组织中的Cd含量比生长4个月的高。随Cd浓度的增加,根茎叶的富集能力下降。根茎叶中的重金属含量与土壤中Cd浓度呈极显著正相关。9.低浓度Cd胁迫下,刺激脲酶、蛋白酶、蔗糖酶的合成;随Cd浓度增加,脲酶、蔗糖酶、过氧化物酶、蛋白酶活性均逐渐减少,最大抑制率均达到25%以上,而过氧化氢酶无显著变化。Cd浓度与土壤酶活性间达到显著负相关,相关程度为脲酶>蛋白酶>过氧化物酶>蔗糖酶>过氧化氢酶。10.脲酶、过氧化物酶、蛋白酶、蔗糖酶之间存在显著的正相关性,而过氧化氢酶与这四种酶之间无显著相关性。
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