寒富苹果幼苗对重金属铜胁迫的生理生化响应

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:guisq2
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近年来,由于农业生产上含重金属铜(Cu)农药的不科学施用、部分畜禽粪便中Cu含量超标以及污水灌溉等使得Cu在果园中大量富集。尽管Cu是果树生长发育所必需的微量营养元素,但是过量的Cu会对果树产生毒害作用。本研究以寒富/山定子幼苗为试材,在营养钵中沙培,分别进行60、180、300、600、900 mg kg-1的Cu处理,以Hoagland营养液中的基础Cu浓度为对照(CK),通过生理生化技术分析寒富苹果幼苗在不同Cu浓度处理下的各种生理生化响应。研究结果揭示了寒富苹果幼苗受Cu胁迫后对Cu吸收、转运和富集情况以及植株毒害程度,这为明确寒富苹果幼苗受Cu毒害的阈值提供了理论基础,从而更好地指导农业生产和实践。主要结果如下:对寒富苹果幼苗进行不同浓度的Cu处理60 d后,植株在Cu处理浓度低于300 mg kg-1时,植株的生长没有受到明显的抑制。虽然在Cu浓度为900 mg kg-1的处理下,栽培期间仍然没有发生植株死亡的现象,但在高浓度(超过300 mg kg-1)的Cu处理下,寒富苹果幼苗表现出白根减少、根系褐色加深、叶片发黄、植株矮小等生长受到抑制的现象。寒富苹果幼苗在低于300 mg kg-1的Cu处理浓度时,其生物量、根系构型和光合参数并未受到显著的影响,而高浓度(超过300 mg kg-1)的Cu处理下,以上参数与对照相比表现出明显的下降趋势,例如在最高浓度处理下与对照相比总根长、根总表面积和根总体积分别降低了35.95%、18.59%和32.45%净光合速率和气孔导度下降57.81%和61.55%,最大化学效率和光合性能指数与对照相比分别下降了13.01%和78.32%。这与其生长状况表现相一致。随着Cu处理浓度的提高,各组织中的Cu含量和总Cu量相较于对照显著增加,根系部分的生物富集系数则在高于180 mg kg-1时显著提高,而地上部分的转运系数在高于180 mg kg-1时,表现出显著的降低。超过300 mg kg-1的Cu浓度处理下寒富苹果幼苗各组织中的可溶性糖与淀粉的积累量有所下降,各组织中在低于300 mg kg-1的Cu浓度处理时,可溶性糖和淀粉的积累量有所增加。随着Cu处理浓度的提高,各组织中活性氧及丙二醛含量逐渐升高。为了清除过量积累的活性氧,各组织中游离脯氨酸的含量显著积累,而根系中总硫醇和可溶性酚的含量则表现出减少的趋势,茎中的总硫醇与可溶性酚则以300 mg kg-1为临界点,表现出先增加后减少的变化规律,叶片中总硫醇随着Cu处理浓度的提高而减少,但可溶性酚含量表现出增加趋势,在最高浓度处理时略有减少。以300 mg kg-1的Cu处理浓度为临界点,各组织中还原型谷胱甘肽(GSH)含量和根中氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量先增加后减少,而茎和叶中的GSSG含量则随着Cu处理浓度的提高表现出减少的趋势。随着Cu处理浓度的提高,茎和叶中抗坏血酸(ASC)与脱氢抗坏血酸(DHA)含量均表现出显著的增加,而根中ASC含量在低浓度时变化不明显但高浓度处理下显著增加,DHA含量则在低浓度时显著增加,高浓度时维持几乎不变。以300 mg kg-1Cu处理浓度为临界点,根和茎中的超氧化物歧化酶(SOD)活性、叶片中过及过氧化氢酶(CAT)活性、根和叶中抗坏血酸过氧化氢物酶(APX)活性、根和茎中氧化物酶(POD)活性以及根中谷胱甘肽还原酶(GR)活性均表现出先增强后减弱的变化趋势,其余部分则随着Cu处理浓度的提高表现出减弱的趋势,说明当Cu处理浓度高于300 mg kg-1时,寒富苹果幼苗的抗氧化酶系统受到明显的抑制。以上研究结果表明300 mg kg-1为寒富苹果受Cu胁迫阈值,高于此浓度出现明显的毒害效应。
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