柳树品种幼苗对铜污染的生长生理响应及富集能力研究

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yoyoluo5531
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随着污染型重工业和化学农业的迅猛发展,Cu污染状况日益严重,相比于物理化学方法修复的方式,植物修复具有成本低、对环境二次污染小以及修复效果持续时间长的优点。超级累植物的发现为植物修复的实际运用提供了更多的可能,但是由于超积累植物应用的局限性,利用高生物量、高生物速率、轮伐期短的木本植物进行污染修复成为了一种可行的替代方式。本研究以八个柳树品种湿地柳1号(Salix matsudana‘Shidi1’)(培育代号:A42)、湿地柳2号(Salix matsudana‘Shidi2’)(培育代号:A52)、旱雄柳2号(Salix matsudana‘Hanxiong2’)(培育代号:A57)、鲁柳1号(Salix matsudana‘Luliu1’)(培育代号:B28)、鲁柳2号(Salix matsudana‘Luliu2’)(培育代号:B39)、鲁柳3号(Salix matsudana‘Luliu3’)(培育代号:B95)、鲁柳6号(Salix matsudana‘Luliu6’)(培育代号:B99)、黄皮柳1号(Salix psammophila‘Huangpi1’)(培育代号:A94)为研究对象,采用水培的方法,研究Cu胁迫下对柳树生长的影响以及生理生化的响应,探索柳树对Cu2+的吸收和富集规律。生长指标包括生物量的测定;生理指标包括净光合速率,细胞间CO2浓度,气孔导度,蒸腾速率的测定;生化指标包括根系活力、超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性、叶绿素含量、游离脯氨酸含量、丙二醛量、可溶性蛋白含量的测定。筛选可用于铜污染植物修复的柳树新品种,为提高柳树Cu积累量的栽培技术提供理论基础,为利用柳树修复与改善重金属污染土壤和水体提供参考价值。结果显示:(1)不同浓度铜胁迫对柳树生长和生理生化指标的影响随着Cu2+浓度的提高,各品种柳树的生长均受到显著抑制,生物量随着Cu2+浓度的提高而表现出逐渐下降的趋势。当Cu2+浓度为300μmol·L-1时,A94、A52、A57、A42、B28、B39、B95、B99的生物量与对照相比分别下降了75.4%、76.9%、76.7%、78.3%、78%、78.3%、75.5%、81.9%。铜胁迫下各品种柳树的根系生长受到显著抑制,表现为随着Cu2+浓度的提高根系活力呈逐渐下降的趋势。Cu胁迫同样抑制了柳树的光合作用,表现为叶绿素含量和光和参数随着Cu2+浓度的提高而显著下降,说明Cu胁迫导致了叶绿体结构的破坏并抑制了叶绿体的合成。Cu胁迫对八个品种柳树叶片内保护酶的影响表现为在低浓度下SOD、POD和CAT活性上升,而在高浓度下显著下降。各品种柳树叶片内丙二醛含量均随着Cu2+浓度的提高而呈现逐渐上升的趋势,说明铜胁迫致使柳树叶片内活性氧水平的提高。脯氨酸含量随Cu浓度的升高均呈现先上升后下降的趋势,而可溶性蛋白则呈现随浓度升高逐渐下降的趋势。胁迫条件下高含量的脯氨酸有助于维持细胞内外渗透压,保持细胞稳定。(2)低浓度铜胁迫下柳树幼苗生化指标在时间跨度上的变化响应八个品种柳树在Cu2+浓度100μmol·L-1胁迫下,随着时间的延长,叶片中的叶绿素含量和可溶性蛋白含量均呈先下降后上升的趋势;脯氨酸含量和丙二醛含量均呈先上升后下降的趋势;除B95 SOD活性呈先下降后上升再下降的趋势外,其他七个品种SOD活性呈下降后逐渐上升的趋势,且35d后叶片内SOD活性均高于对照;A94、A52、B39、B95、B99 POD活性呈现先下降后逐渐上升的趋势,A42、B28 POD活性呈现先急剧升高后逐渐下降的趋势,A57表现出与其他品种柳树不同的变化趋势,POD活性呈先显著上升而后下降再上升的趋势。随着胁迫时间的延长,A94、A52、B28、B39、B99中CAT活性呈现先显著升高之后下降再升高的变化趋势,A57、A42、B95叶中CAT活性呈先显著升高而后逐渐下降的趋势。综上说明,各品种柳树均可以通过自身抗氧化酶系统以及非酶促物质的共同作用减轻Cu胁迫对植株产生的毒害作用,在面对低浓度Cu胁迫时均有一定的调节适应能力。(3)Cu~2在幼苗不同器官中+的富集规律各品种柳树表现出相似的Cu2+分布模式,即主要在根部积累。根中积累的Cu浓度可以达到茎和叶中积累铜浓度的数十倍,Cu积累浓度为根>叶>茎。随着Cu2+处理浓度的增加,各品种柳树叶、茎、根中Cu2+的积累浓度均表现出显著上升的趋势。在Cu2+浓度为100μmol·L-1时,各品种柳树能保持较高的转移系数。随着Cu2+浓度的提高,八个柳树品种对Cu2+的转运能力逐渐下降。(4)基于生长指标与生理生化指标的主成分分析法筛选优良无性系从主成分得分和综合得分来看:主成分Y1得分比较高的是A52、B99、B28,说明这三种柳树品种在保持较高Cu富集能力的同时维持了较高的生长速率;而B39、B95、A42得分均为负数,表明了Cu胁迫严重抑制了这三种柳树的生长。主成分Y2得分比较高的是B28、A94、B39,说明这三种柳树在面对Cu胁迫时具有较强的H2O2的分解能力以及维持细胞渗透压,保持细胞稳定的能力。从综合得分来看B28、A52、B99、A94四个品种的综合得分较高,在一定程度上更适合用于铜污染植物修复。
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