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

论文摘要

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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摘要

ABSTRACT

前言

1 国内外研究进展

1.1 土壤酸化对环境的影响研究

1.2 酸胁迫对植物种子萌发的影响研究

1.3 植物对酸胁迫的形态响应研究

1.4 植物对酸胁迫的生理响应研究

2 研究方法

2.1 材料与方法

2.1.1 试验材料

2.1.2 试验设计

2.1.3 测定方法

2.2 技术路线

2.3 数据统计方法

3 结果与分析

3.1 酸胁迫对类芦和宽叶雀稗种子萌发的影响

3.1.1 不同酸胁迫处理类芦和宽叶雀稗种子萌发指标比较

3.1.2 不同酸胁迫处理类芦和宽叶雀稗幼苗根长、芽长和根冠比比较

3.1.3 不同酸胁迫处理类芦和宽叶雀稗幼苗生物量比较

3.1.4 不同酸胁迫下类芦和宽叶雀稗种子萌发和幼苗生长指标的抑制指数比较

3.1.5 不同酸胁迫处理类芦和宽叶雀稗幼苗根尖质膜受损程度比较

3.1.6 不同酸胁迫处理对类芦和宽叶雀稗幼苗芽亚细胞结构的影响

3.1.7 类芦和宽叶雀稗种子萌发和幼苗生长对酸胁迫的响应

3.2 酸胁迫对类芦和宽叶雀稗生长的影响

3.2.1 不同酸胁迫类芦和宽叶雀稗分蘖数、苗高、叶最大伸展比较

3.2.2 不同酸胁迫类芦和宽叶雀稗根系形态指标比较

3.2.3 不同酸胁迫类芦和宽叶雀稗生物量比较

3.3 酸胁迫对类芦和宽叶雀稗生理特性的影响

3.3.1 不同酸胁迫类芦和宽叶雀稗叶片光合特性比较

3.3.2 不同酸胁迫类芦和宽叶雀稗叶绿素荧光特性比较

3.3.3 不同酸胁迫类芦和宽叶雀稗叶片SPAD值、叶绿素含量比较

3.3.4 不同酸胁迫类芦和宽叶雀稗叶片相对电导率、丙二醛含量和根系活力比较

3.3.5 不同酸胁迫类芦和宽叶雀稗叶片和根系ROS活性比较

3.3.6 不同酸胁迫类芦和宽叶雀稗叶片和根系抗氧化酶活性比较

3.3.7 不同酸胁迫类芦和宽叶雀稗叶片和根系非酶抗氧化剂活性比较

3.3.8 不同酸胁迫类芦和宽叶雀稗叶片和根系渗透调节物质比较

3.3.9 不同酸胁迫类芦、宽叶雀稗及土壤营养元素含量比较

3.4 类芦和宽叶雀稗对酸胁迫的形态生理响应

3.4.1 类芦地上部分各指标与酸处理之间的相关性分析

3.4.2 宽叶雀稗地上部分各指标与酸处理之间的相关性分析

3.4.3 酸胁迫下类芦和宽叶雀稗隶属函数分析

4 讨论

4.1 耐性植物种子萌发对酸胁迫的响应策略

4.2 耐性植物对酸胁迫的形态响应策略

4.3 耐性植物对酸胁迫的生理响应策略

5 结论

参考文献

在读期间发表学术论文

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵雅曼

导师: 侯晓龙

关键词: 酸胁迫,种子萌发,亚细胞结构,活性氧清除系统,渗透调节物质

来源: 福建农林大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 福建农林大学

分类号: Q945.78

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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

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