外源水杨酸对落羽杉铬毒害的缓解效应毕业论文_生态学毕业论文

外源水杨酸对落羽杉铬毒害的缓解效应毕业论文

2021-04-27更新

摘 要

本文以扦插的一年生落羽杉(Taxodium distichum Rich.)幼苗作为材料。在水培及控制条件下,采用外源水杨酸处理受到铬胁迫的落羽杉幼苗,根据幼苗生长及叶片SOD、POD、可溶性蛋白及可溶性糖含量、叶绿素荧光等生理指标的测定,比较不同浓度的外源水杨酸对落羽杉铬胁迫的缓解效应,筛选缓解效果最佳的水杨酸处理浓度,并初步探讨其缓解的生理机制。研究结果为落羽杉在铬污染区生态修复的应用提供理论基础。研究结果如下:

在重金属铬胁迫下适当浓度的外源水杨酸能够在一定程度上提高落羽杉相对生长率和相对含水率,增强超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性,提高可溶性蛋白及可溶性糖含量,维持细胞正常的生理代谢功能,减少丙二醛含量并缓解铬对细胞质膜系统造成的伤害。同时水杨酸还能够提高落羽杉叶片Fv/Fm、Fv’/Fm’、ΦPSII和qP值,降低其NPQ,减弱植物热耗散能力,提高光合效率。综合各项研究指标,适当浓度的外源水杨酸处理可以缓解铬胁迫对落羽杉的生理伤害,并且在100 mg/L的处理浓度下缓解效果最佳。

关键词:落羽杉;铬胁迫;水杨酸;缓解

Alleviation of Exogenous Salicylic Acid on Taxodium Distichum Under Chromium Stress

ABSTRACT

In this paper, the cutting seedlings of Taxodium distichum were used as materials. Under controlled conditions of hydroponic culture, exogenous of salicylic acid were used to treat the seedlings of the leaves that were poisoned by heavy metal Chromium. According to the physiological indexes of seedling growth and leaf SOD, POD, soluble protein and soluble sugar content, chlorophyll fluorescence, etc, and comparing alleviation of different concentrations of exogenous salicylic acid on Taxodium Distichum under Cr stress. Screening the best salicylic acid concentration and preliminarily discussing the physiological mechanism of remission. The results are as follows:

Under Cr stress, appropriate concentration of exogenous salicylic acid can improve the relative growth rate and relative moisture content of the leaves. It can also enhance SOD and POD activity, and improve the content of soluble protein and soluble sugar. It can reduce MDA content and reduce the damage caused by chromium to the cytoplasmic membrane system. It can improve Fv/Fm, Fv ‘/ Fm, ΦPSII and qP value, reduce the NPQ and improve the efficiency of photosynthesis. The study indicated that the proper concentration of exogenous salicylic acid can alleviate the physiological harm of the chromium stress. In addition, the alleviation effect is optimal at a treatment concentration of 100 mg/L.

Key words: Taxodium distichum; Chromium stress; salicylic acid; alleviation

目 录

1 前言 1

1.1 植物对重金属胁迫响应 1

1.2 水杨酸对植物的生理调节作用 1

1.3 水杨酸(SA)缓解植物重金属胁迫的研究进展 2

1.4 本文研究内容 2

1.5 本文研究目的与意义 2

2 材料与方法 4

2.1 试验材料 4

2.2 胁迫下的缓解处理方法 4

2.3 指标测定方法 4

2.3.1 相对生长率的测定 4

2.3.2 相对含水率的测定 4

2.3.3 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性的测定 5

2.3.4 丙二醛含量的测定 5

2.3.5 可溶性蛋白及可溶性糖相对含量的测定 6

2.3.6 叶绿素荧光参数的测定 6

2.4 数据处理方法 6

3 结果与分析 8

3.1 SA对铬胁迫下落羽杉相对生长率的影响 8

3.2 SA对铬胁迫下落羽杉相对含水率的影响 8

3.3 SA对铬胁迫下落羽杉对抗氧化酶系统的影响 9

3.4 SA对铬胁迫下落羽杉对丙二醛(MDA)含量的影响 11

3.5 SA对铬胁迫下落羽杉对可溶性蛋白及可溶性糖含量的影响 11

3.6 SA对铬胁迫下落羽杉叶绿素荧光参数的影响 13

3.6.1 对PSII最大光化学效率(Fv/Fm)的影响 13

3.6.2 PSII有效光化学效率(Fv´/Fm´)的影响 14

3.6.3 对PSII实际光化学效率(φPSII)的影响 14

3.6.4 对光化学淬灭系数(qP)的影响 15

3.6.5 对非光化学淬灭系数(NPQ)的影响 16

4 结论与讨论 17

4.1 讨论 17

4.2 结论 18

致 谢 19

参考文献 20

1 前言

1.1 植物对重金属胁迫响应

过量重金属会抑制植物生长,降低植物叶绿素含量,减弱光合作用,减少植物对营养元素的吸收,干扰植物生物量的积累,影响植物正常生长,严重时甚至导致植株死亡。王威[1]的调查研究中提到在一些铬污染地区,植物根部对重金属Cr的吸收含量最高,重金属胁迫会产生活性氧自由基从而使植物根系中控制代谢的酶类活性降低[2]。张芬琴等[3]研究表明,随着重金属浓度的增加,玉米幼苗根系的活力呈下降趋势,其根系无法进行正常的吸收作用,同时对植物生长起到了毒害性。王爱云等[4]研究表明随着重金属铬浓度的增加,三种草本植物的叶绿素含量以及SOD和POD活性均随之降低,细胞中的高电子密度物质增加,引发植物组织细胞产生活性氧,发生膜脂过氧化。植物的细胞质膜透性调控着细胞内外物质的交换和运输,细胞质膜透性是研究植物胁迫响应的重要评定指标之一,有研究显示随着Pb胁迫时长增加,细胞质膜透性变化幅度加大,造成质膜的破坏。同时过量的重金属还会破坏细胞膜和叶绿体,损伤DNA,还可能导致叶片的缺绿病。另有Hesse等[5]研究了落羽杉在城市废水的影响下生长得到了促进,这体现了其抗污染性。

1.2 水杨酸对植物的生理调节作用

水杨酸(Salicy lic ad)简称SA,是植物体内的一种内源信号分子,属于植物激素,具有重要的生理作用,它本身可以提高植物抗逆性而且对环境不会造成污染。近年来研究表明,水杨酸不光在植物抵抗非生物胁迫方面起着重要生理作用,还在种子萌发、植物生长发育、成熟、衰老及抗逆诱导等方面有明显的作用。康国章等[6]的研究指出,在低温胁迫下,SA可以提高香蕉幼苗的光合作用功能,减少电解质的流失,提高SOD等保护酶的活性,从而提高抗低温性。张帆等[7]研究表明,对低温处理下的番茄幼苗外施适宜浓度的SA,可以有效降低叶片的导电率,缓解叶绿素的降解,增强细胞内各保护酶的活性,提高植物体内渗透调节物质含量并保持与外界的渗透平衡,从而提高抗寒性。王玉萍等[8]的研究结果表明,用合适浓度的SA浸泡花椰菜种子可以缓解盐胁迫对种子萌发的抑制作用。SA能够提高植物体内的可溶性糖和脯氨酸含量,这两个物质对植物渗透平衡起着重要作用,因此SA能够促进植物的渗透调节并使其维持平衡,从而抵抗胁迫。

1.3 水杨酸(SA)缓解植物重金属胁迫的研究进展

水杨酸有助于缓解重金属毒害,增强植物的抗性反应。重金属可诱导植物体内抗氧化系统保护酶活性升高,触发热激蛋白、Dnaj-like蛋白、几丁质酶、PRP、GRP和PR蛋白等防卫基因的表达,引发植物内系统产生抗性。重金属胁迫后植物内源SA水平升高,外施SA也诱导内源SA含量升高,同时增强了植物对重金属耐性。在植物抗性生理研究中MDA含量是一个常用指标,可通过MDA了解膜脂过氧化的程度,以间接测定膜系统受损程度以及植物的抗逆性。如在对苦荞幼苗的研究中发现苦荞叶片的MDA含量随着SA浓度上升而下降,原因就是SA减轻了Pb2 胁迫对苦荞幼苗的膜脂过氧化作用[9]。李彩霞等[10]有研究显示,SA具有缓解Cd2 对玉米叶片质膜伤害的作用,使得膜系统的完整性得以维持,同时还能提高受Cd2 胁迫后植物叶片中的SOD、POD、CAT保护酶的活性。曹林等[11]的研究表明,外源水杨酸对铝胁迫下的菊芋有提高抗氧化酶活性和光合作用的功效,并缓解铝胁迫造成的伤害。另有研究表明SA被用于缓解铁毒也具有明显的成效。

1.4 本文研究内容

本文的研究内容主要是探究外源水杨酸对落羽杉铬胁迫的缓解作用。以落羽杉一年生扦插幼苗为材料进行水培试验,使用重金属铬进行胁迫,再选取水杨酸作为外源生长调节物质处理植物,通过测定落羽杉的相对生长率、相对含水率、丙二醛(MDA)含量、可溶性蛋白及可溶性糖相对含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性、叶绿素荧光参数等生理指标得出水杨酸对缓解落羽杉铬胁迫的能力强弱,探究水杨酸缓解铬胁迫下落羽杉的生理机制,并筛选缓解效果最佳的水杨酸处理浓度,试验采用控制变量法。

1.5 本文研究目的与意义

我国因受到工业、交通等人类活动的影响,现如今环境中的重金属含量日渐增加,土壤重金属污染也日益严重。土壤铬污染的事件逐渐增多,对农业造成的危害也逐渐加大,从而导致农作物低产或长势较差及生态环境质量恶化等多种问题。随着食物链的扩大,铬对动植物和人的毒害也逐渐放大。其危害由于生物放大作用也逐渐威胁人的健康。因此,铬被列为我国农田土壤环境质量评价的8个重金属控制指标之一。

落羽杉(Taxodium distichum Rich.)是一种重要的耐水湿树种,其树形优美,适应性强,生长快。除了耐水湿,还具有耐低温、耐干旱、土壤瘠薄和一定的耐盐能力,它能够抗污染且病虫害少。然而有关其耐重金属特性的研究目前尚少。在此背景下,本研究以扦插的一年生落羽杉幼苗为材料,通过水培试验,探讨外源水杨酸处理对重金属铬胁迫的缓解作用。通过水杨酸处理重金属铬胁迫的落羽杉,测定其对落羽杉的生长、抗氧化系统(过氧化氢酶活性、丙二醛、可溶性蛋白及糖含量等)、光合作用(荧光参数)的影响,比较不同浓度的水杨酸对铬胁迫下落羽杉毒害的缓解效应,筛选缓解效果最好的水杨酸处理浓度,并初步探讨其缓解的生理机制。研究结果为落羽杉在铬污染区生态修复的应用提供理论基础。

2 材料与方法

2.1 试验材料

本研究采用的材料是扦插的一年生落羽杉(Taxodium distichum Rich.)幼苗。通过水培法进行培养,并于2017年4月份进行材料的移栽,移栽时选取长势一致,高度相同的幼苗。

2.2 胁迫下的缓解处理方法

在这项研究中铬胁迫处理浓度为20μmol/L(以Cr3表示),以不加铬的处理组作为对照CK,并采用外源生长调节物质水杨酸(SA)缓解铬胁迫,施加的SA浓度分别为:50mg/L、100mg/L、200mg/L(分别以Cr3SA1、Cr3SA2、Cr3SA3表示),并采用叶面喷施的方法,每隔24小时喷一次,喷三次,最后一次喷施24小时后,进行铬胁迫,一周后取样,之后每隔一周取一次,共取样四次。

2.3 指标测定方法

2.3.1 相对生长率的测定

本研究采用通用方法测定落羽杉的相对生长率,具体步骤如下:试验前进行落羽杉一年生扦插幼苗鲜重测定并记录为W1,完成铬胁迫处理后采用蒸馏水对落羽杉一年生扦插幼苗进行冲洗操作并测定其鲜重并记录为W2,则相对生长率的计算公式如公式所示:

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