香根草对高锰胁迫的耐受能力研究

论文摘要

锰污染日益严重,利用植物对污染地区进行生物修复是重金属治理的发展方向。本实验旨在探究香根草耐锰能力以及硅作用下香根草对高锰的耐受机理,为香根草应用于锰污染环境的治理提供理论依据。通过水培试验,研究不同浓度锰胁迫(15、30、60、120 mmol·L-1)下香根草生理指标的变化;测量了生物量变化、SPAD（叶绿素相对含量）、光合以及叶绿素荧光指标、元素含量、抗氧化酶活性等生理生化参数。同时,研究了高锰(150 mmol·L-1)胁迫下,不同浓度硅(1、4、10mmol·L-1)对SPAD、Fv/Fm、锰的积累、亚细胞分布和化学形态的影响。主要结果如下:（1）在过量的锰处理下,香根草的生长受到严重抑制。株高、SPAD、叶片含水率均呈现出下降的趋势,锰含量出现上升趋势,在高浓度锰胁迫下,以上参数下降的尤为显著。但在60 mmol·L-1以下的锰处理下,香根草能够维持一定程度的生长。SPAD等参数接近正常水平或降幅较小。说明香根草能够耐受超高量的锰胁迫。在高锰处理下,30-120 mmol·L-1处理之间根中的Mn含量没有明显差异,15-60 mmol·L-1处理之间叶中Mn含量没有明显差异,表现出维持一定稳态的现象。结果显示根部是香根草富集重金属的主要器官,其含量高于叶中的锰含量。根的富集量在14000 mg·kg-1以上,叶的积累量在4000 mg·kg-1以上。说明香根草在高锰环境中有良好的耐受和积累能力。（2）在锰胁迫下,随着光强的增加,Y（Ⅱ）呈现下降的趋势,而Y（NPQ）呈现上升的趋势,而Y（ON）基本保持稳定。同时发现3种抗氧化酶的活性均有一定程度的增加。尤其是在根部,其在低浓度锰胁迫下增加的更为显著。在叶中,除K含量有一定程度的降低外,Mg和Fe的含量基本维持稳定。香根草可以通过PSⅡ调节性能量耗散消耗过量的光能以保护光合系统;通过提高抗氧化酶活性以减少活性氧产生的伤害;维持叶中Mg、Fe的相对稳定以保持部分矿质元素的供应;这是香根草的耐受高锰胁迫重要机制。（3）与单独锰处理组相比,锰胁迫下施用硅处理后,叶片枯萎率明显下降,SPAD值出现显著增加,Fv/Fm和ETRmax也有一定恢复,Y（NPQ）和Y（NO）分别高于和低于单锰处理组。根中的SOD和CAT的活性都显著增加;叶中的CAT的活性也显著增加。在根中的锰含量没有显著差异,但可溶性组分的锰含量及其比例显著增加;乙醇态提取态的锰含量占比增加,而去离子水提取态的含量占比降低。而叶中锰含量及各组分锰含量显著降低,且细胞膜壁组分的锰含量的比例略低,而可溶分组锰的含量比例略高。乙醇提取态和去离子水提取态的锰含量占比明显增加,但其NaCl提取态的锰含量占比要明显降低。这表明加硅处理可以部分提高抗氧化酶的活性,降低叶中的锰含量,提高根叶中可溶性组分和乙醇提取态锰含量的比例,以缓解高锰胁迫对香根草的伤害。

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摘要

ABSTRACT

第1章前言

1.1 锰对环境与人类的影响

1.2 锰对植物的影响

1.2.1 对生长的影响

1.2.2 对光合作用的影响

1.2.3 锰对矿质元素吸收的影响

1.3 植物对锰的解毒机理

1.3.1 抗氧化系统的调节

1.3.2 亚细胞的区隔作用

1.3.3 化学形态的改变

1.4 外源药剂在植物耐锰中的作用

1.4.1 硅

1.4.2 植物激素

1.4.3 钙

1.4.4 脯氨酸和甜菜碱

1.4.5 螯合剂

1.5 香根草生物学特性

1.6 香根草对重金属的耐受与富集能力

1.7 香根草在尾矿修复上的应用

1.8 本研究的目的和意义

第2章材料与方法

2.1 供试材料

2.2 试验方法

2.2.1 含水率、株高、SPAD值、植株干物质重的测定

2.2.2 Mn及矿质元素含量的测定

2.2.3 Mn富集系数与转移系数的测定

2.2.4 光合作用参数的测定

2.2.5 叶绿素荧光参数的测定

2.2.6 抗氧化酶活性的测定

2.2.7 植物枯萎率的测定

2.2.8 亚细胞组分的分离

2.2.9 不同化学形态锰的提取

2.2.10 数据分析

第3章香根草对高锰的耐受及积累

3.1 试验设计

3.2 结果与分析

3.2.1 锰对香根草SPAD、含水率、株高、植株干物质重的影响

3.2.2 锰对香根草锰含量、富集系数和转运系数的影响

3.3 讨论

第4章香根草对高锰胁迫的适应性响应

4.1 实验设计

4.2 结果与分析

4.2.1 不同浓度锰对香根草K,Mg,Fe吸收的影响

4.2.2 锰对香根草光合作用的影响

4.2.3 锰对香根草叶绿素荧光参数的影响

4.2.4 锰对香根草SOD,POD和CAT活性的影响

4.3 讨论

4.3.1 光合系统对高锰胁迫的响应

4.3.2 矿质元素吸收对高锰胁迫的响应

4.3.3 抗氧化系统对高锰胁迫的响应

第5章外源硅对香根草锰胁迫下锰的积累、亚细胞分布和化学形态的影响

5.1 实验设计

5.2 结果与分析

v/F_m和ETR_max的影响'> 5.2.1 外源硅对锰胁迫下叶片枯萎率、SPAD值、F_v/F_m和ETR_max的影响

5.2.2 外源硅对锰胁迫下根叶中SOD、POD和CAT活性的影响

5.2.3 外源硅对锰胁迫下根叶中锰含量和亚细胞分布的影响

5.2.4 外源硅对锰胁迫下香根草根叶中锰化学形态的影响

5.3 讨论

5.3.1 外源硅提高了香根草对高锰胁迫的耐受能力和抗氧化酶活性

5.3.2 外源硅改变了高锰胁迫下香根草亚细胞内锰的分布和化学形态

全文结论

特色与创新之处

问题与展望

致谢

参考文献

作者在学术期间取得的成果

附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 申须仁

导师: 周强

关键词: 锰胁迫,香根草,光合系统,抗氧化系统,矿质元素,亚细胞分,化学形态

来源: 吉首大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用

单位: 吉首大学

分类号: X173;Q945.78

DOI: 10.27750/d.cnki.gjsdx.2019.000070

总页数: 49

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