稀土矿废弃地先锋草种类芦和宽叶雀稗对酸胁迫的响应研究

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:s_ants
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矿山开采及冶炼废弃地的生态恢复是目前急需解决的环境问题,其中,稀土作为重要的战略资源被大量的开采,产生了大量的开采废弃地。福建省长汀离子型稀土矿开采过程中,土壤经过挖取、搬运、堆浸、雨水冲刷后,不仅破坏植被和土壤结构,而且会造成水土流失、土壤酸化和土壤重金属污染等环境恶化问题,急需采取措施进行治理。研究表明,限制长汀稀土矿废弃地植被恢复有较多因素,其中,土壤酸化是限制植被恢复的重要限制因子之一。类芦(Neyraudia reynaudiana)和宽叶雀稗(Paspalum wettsteinii)可以在长汀稀土矿恶劣条件下正常生长,在长汀稀土矿废弃地植被恢复中得到了广泛应用。类芦和宽叶雀稗可适应土壤酸化环境,完成种子萌发和生长发育过程,表现出强的适应性,其中势必存在对酸胁迫的适应策略,值得我们去挖掘。鉴于此,以类芦和宽叶雀稗种子和幼苗为试验材料,设置不同酸(pH 5.5、pH 4.5、pH 3.5)胁迫试验,分别在人工气候箱和玻璃温室中进行酸胁迫对2种植物种子萌发和幼苗生长的形态生理影响的模拟试验,测定不同胁迫条件下类芦和宽叶雀稗种子萌发指标、质膜完整性和细胞超微结构,以及植株光合特性、叶绿素含量、电导率、根系活力、抗氧化酶、ASA、GSH、渗透调节物质和养分含量等指标,比较不同酸胁迫处理下类芦、宽叶雀稗种子萌发和幼苗生长的形态和生理指标变化差异,分析2种植物在不同酸胁迫下的形态和生理特性,采用隶属函数对酸胁迫处理2种植物不同形态生理指标进行综合评价,最终揭示类芦和宽叶雀稗对酸胁迫的响应策略,以期为稀土矿废弃地及同类矿山废弃地的生态恢复提供科学依据。主要结论如下:(1)酸胁迫对类芦种子发芽率无显著影响,pH 5.5和pH 4.5处理对类芦芽长、芽鲜重和芽干重均有促进作用;不同酸胁迫处理均可提高宽叶雀稗种子发芽率,pH 5.5处理对宽叶雀稗种子各萌发指标及芽长均有促进作用;pH 3.5处理对类芦和宽叶雀稗种子萌发和幼苗生长均有显著抑制作用,严重破坏根尖质膜和芽超微结构。综合种子萌发和幼苗生长各指标的隶属函数分析表明,宽叶雀稗种子萌发对酸胁迫环境有更强的适应性,适合在长汀稀土矿废弃地植被恢复中应用。(2)类芦和宽叶雀稗植株对酸胁迫具有较强耐性,但pH 3.5是2种植物适应酸环境的“阈值”,pH低于此值2种植物的植株均无法生存。pH 4.5处理类芦和宽叶雀稗分蘖数、叶长、叶宽、根系各形态指标及生物量均大于pH 5.5处理,说明这2种植物更适合土壤pH 4.5环境,这也与长汀稀土矿堆浸废弃地土壤pH相近。(3)随胁迫时间的增加,类芦和宽叶雀稗叶片光合作用各指标均呈逐渐减小的趋势;2种植物叶片光合作用的日变化表明,类芦叶片Pn、Gs、Tr日变化呈“双峰”曲线,在中午12:00为谷值,Ci变化相反;宽叶雀稗叶片Pn、Gs、Tr日变化呈先增后降趋势,在中午12:00左右数值较大,叶片Ci变化则相反。酸胁迫条件下,类芦和宽叶雀稗叶片荧光参数均提高,但SPAD值和叶绿素含量则降低。(4)随着酸胁迫时间的增加,类芦叶片相对电导率、丙二醛和H2O2含量均减小,宽叶雀稗叶片H2O2含量也减小;随着pH值的减小,类芦和宽叶雀稗根系丙二醛含量、O2-产生速率和宽叶雀稗根系H2O2含量均逐渐减小,类芦和宽叶雀稗的根系活力均增大。说明酸胁迫条件下2种植物可清除体内活性氧自由基,减少胁迫的危害。(5)随着胁迫时间的增加,相同pH处理下的类芦和宽叶雀稗叶片SOD、CAT、APX、ASA和可溶性蛋白含量均呈增加趋势,POD活性变化相反。随着pH值减小,在胁迫60 d,类芦叶片SOD、POD、ASA、脯氨酸和可溶性蛋白含量均逐渐增加,但在胁迫90 d,类芦叶片抗氧化酶活性、ASA和GSH含量呈逐渐减小趋势,而脯氨酸、可溶性糖含量则呈增大趋势。宽叶雀稗叶片CAT、ASA、GSH、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量均呈逐渐增大趋势。类芦根系APX、ASA、可溶性糖含量和宽叶雀稗根系CAT、可溶性糖、可溶性蛋白含量均增加。(6)类芦和宽叶雀稗在pH 4.5处理下对C、N、P、K、Mg、Ca等营养元素的吸收和运输能力大于pH 5.5处理,且宽叶雀稗对营养元素的吸收和运输能力大于类芦。(7)通过类芦和宽叶雀稗地上部分各指标的相关性统计分析发现,类芦叶绿素总量、H2O2、相对电导率、MDA间均有极显著正相关性,Fv/Fo、Fv分别与株高、可溶性糖有显著正相关性,OFR与GSH为极显著负相关;宽叶雀稗分蘖数、GSH分别与叶绿素总量、相对电导率有极显著负相关性,Pn与脯氨酸、CAT有显著负相关性,可溶性糖与Fo也有显著正相关性。综合类芦和宽叶雀稗各形态和生理指标的隶属函数分析发现,类芦和宽叶雀稗均在pH 4.5的土壤环境中生长更好,且宽叶雀稗的耐酸性更强。综上所述,类芦和宽叶雀稗在形态上可以通过加速叶片和根系形态指标的生长,促进分蘖和增加生物量等来适应酸胁迫环境。同时可以通过促进叶片荧光参数,提高SOD、CAT、APX、ASA和GSH含量,增加渗透调节物质含量,以及促进C、N、P、K、Mg、Ca等元素的吸收和运输等途径来抵抗、修复细胞过氧化损伤,提高植物的抗逆能力。
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