【摘 要】
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氮（N）是植物必需且重要的营养元素,对植物生长发育、生殖繁衍及种质质量有着至关重要的影响。目前对长期经历重金属持续污染背景下植物的氮代谢变化及适应研究鲜见报道。因此,本研究以经历长期持续不同剂量铅（Pb）、镉（Cd）污染的第19代玉米（Zea mays L.）和蚕豆（Vicia faba L.）为研究材料,通过大田模拟实验对植物氮吸收同化、氮代谢关键酶系、数量性状、生物量分配以及繁殖五个方面进行分
【基金项目】
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国家自然科学基金委员会,面上项目,31670522,植物在持续污染条件下生态性能的跨代变化及其遗传流失动态,2017-01至2020-12,62万；
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氮（N）是植物必需且重要的营养元素,对植物生长发育、生殖繁衍及种质质量有着至关重要的影响。目前对长期经历重金属持续污染背景下植物的氮代谢变化及适应研究鲜见报道。因此,本研究以经历长期持续不同剂量铅（Pb）、镉（Cd）污染的第19代玉米（Zea mays L.）和蚕豆（Vicia faba L.）为研究材料,通过大田模拟实验对植物氮吸收同化、氮代谢关键酶系、数量性状、生物量分配以及繁殖五个方面进行分析,以揭示经历Pb、Cd持续污染下玉米和蚕豆的氮代谢变化及特征,为植物在持续污染条件下的适应与进化提供研究案例。研究结果如下:（1）从植物氮吸收同化及氮赋存来看,Pb、Pb+Cd复合污染下玉米和蚕豆中总蛋白（TP）、氨基酸（AA）、脯氨酸（PRO）含量均显著升高（P＜0.05）,而在Cd 60 mg/kg污染下玉米中TP降低、AA升高,而蚕豆中TP升高,AA降低,二者表现出差异。持续Pb、Cd污染提高了玉米和蚕豆氮吸收同化能力,增强了植物的耐受能力。PCA表明,受持续Pb、Cd污染的影响玉米中氮赋存正向贡献最大的是AA,负向贡献较大的是硝态（NO3--N）、总氮（TN）和PRO;而蚕豆中氮赋存正向贡献较大的是TP、AA,负向贡献较大的是NO3--N和PRO。表明在Pb、Cd持续污染的影响下,玉米和蚕豆体内氮赋存也存有差异。（2）从植物氮代谢关键酶系来看,Pb、Cd持续污染下玉米和蚕豆中的硝酸还原酶（NR）和谷氨酸还原酶（GOGAT）的活性有降低趋势,谷氨酰胺合成酶（GS）活性有升高趋势,谷氨酸脱氢酶（GDH）活性的变化在二者之间存在差异。在单一Cd污染以及Pb 40 mg/kg污染下玉米GDH活性升高;而在Cd污染下蚕豆GDH活性呈低浓度升高而高浓度降低变化（P＜0.05）,在Pb污染下GDH活性则相反。Pearson分析表明,玉米和蚕豆中的含氮化合物和氮代谢关键酶系相关性有所差异;且对同种植物而言,受不同剂量Pb、Cd长期污染的影响其氮代谢相关性也会受到一定程度影响。PCA表明,持续污染对玉米和蚕豆负向影响最大的均为NR,玉米中正向影响较大的是GOGAT和GDH,而蚕豆中正向影响较大的是GS和GDH。其中,两种植物在Pb、Cd胁迫环境下氮代谢变化整体呈负向趋势,但在Pb 250 mg/kg和Pb+Cd复合污染下蚕豆表现出明显的正向趋势。说明不同条件下植物氮代谢关键酶系对调整氮同化的方式存在差异,且二者之间也存在明显的氮代谢差异,尤其是经历长期持续污染后,对蚕豆的影响变化略甚于玉米。（3）从植物数量性状来看,Pb、Cd持续污染抑制玉米株高、茎粗、根长、根粗和叶片的生长,造成玉米矮化;而蚕豆仅在Cd 60 mg/kg污染下株高被抑制,在其他污染下株高、茎粗、叶片均显著促进。研究表明,植物生长与氮代谢存在显著相关关系。两种植物的生长形态PCA与氮代谢PCA在Pb、Cd污染下变化趋势基本一致,整体呈负向趋势;但蚕豆在Pb 250 mg/kg和复合污染下呈正向趋势。（4）从植物生物量分配来看,在Pb、Cd持续污染下氮代谢维持水平较高的玉米,对生殖部分生物量投入有促进作用,呈现出生殖生物量＞茎叶生物量＞根系生物量的特征。（5）从植物繁殖来看,Pb、Cd持续污染下抑制了玉米花粉活力、穗位比和雌花数。其中,在Cd污染下玉米单株籽粒数增加百粒重降低,表现出R对策,即通过种子数量的增加来保证种群繁衍;而在Pb和复合污染下玉米单株籽粒数减少百粒重增加,表现出K对策,即通过种子质量的提高来保证种群繁衍。PCA表明,在持续不同Pb、Cd污染下玉米繁殖呈负向趋势,与氮代谢的变化趋势基本相一致。综上,Pb、Cd持续污染下玉米和蚕豆的氮代谢、生长及繁殖适应存在差异。玉米在不同的Pb、Cd持续污染下均表现出负向趋势,而蚕豆在Pb 250 mg/kg和复合污染下表现出明显的正向趋势,且经历持续污染时间越长,对蚕豆的影响变化越甚于玉米。
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