脱落酸应用和氮素形态降低植物镉积累的研究

摘要

在农业生产上，土壤镉污染问题已经威胁到粮食的产量和品质，通过食物链的富集作用，威胁到人类的健康。因此，必须采取某些技术或策略阻控镉进入食物链以保护人类的健康。在已有的土壤重金属治理方法中，物理和化学法成本高，生物修复法和育种法需时长，基因工程技术争议大。本硕士论文基于前期研究所发现的ABA预处理降低植物体内镉含量与氮形态影响土壤pH和根系细胞的镉吸收能力等结果的基础上，分别以拟南芥和小白菜为试验材料，研究了脱落酸应用和氮素形态在降低植物镉积累中的作用，以期为中轻度镉污染土壤的作物安全生产提供新的技术途径。主要取得以下几方面的研究结果:
　　(1)基于营养液栽培，发现镉胁迫下应用低浓度（0.1-0.5μM）的ABA可以显著抑制野生型(Col-0)拟南芥根系对镉的吸收，降低植物体内的镉含量。同时，ABA处理也显著抑制二价铁转运体IRT1的表达。在ABA不敏感双突变体snrk2.2/2.3中，ABA对根系镉吸收和IRT1表达的抑制作用却明显减弱。当营养液中供应不同水平的Fe时，在Col-0根系中ABA抑制的镉吸收量与ABA抑制的IRT1表达量相吻合。进一步分析发现，在Fe吸收缺失突变体irt1中，镉吸收几乎不受ABA影响。这些结果表明ABA对镉吸收抑制作用是通过抑制IRT1活性实现的。然而，ABA处理却同时增加了Col-0和irt突变体体内的Fe积累，表明ABA增加的Fe吸收与IRT1的作用无关。根据上述结果，我们推断ABA首先增加植物对Fe的吸收，植物体内较高的Fe含量抑制了IRT1的表达，进而降低了植物根系对镉的吸收。因此，在镉污染土壤的农业生产中，发展ABA相关的应用技术可能也是一种潜在的降低作物体内镉积累的有效策略。
　　(2)铵态氮肥或酰胺态氮肥的分次施用，理论上可通过增加植物根系对铵态氮吸收的作用时间，减少铵被土壤微生物硝化，从而减轻硝化作用导致的土壤酸化及其引起的镉有效性增加。因此我们比较了分次施肥与一次性施肥在影响植物镉含量中的差异。土培盆栽结果表明，镉污染的条件下，与一次施肥相比，分次施用铵态和酰胺态氮肥显著提高了小白菜可食部位生物量、总酚含量和DPPH值，同时显著降低了镉含量;分次施用硝态氮肥时，小白菜可食部位生物量略微增加，镉含量和DPPH值也稍有降低，但均未达到统计学上的显著差异;另外，可溶性蛋白含量、总酚含量和类黄酮含量却显著增加。分次施用铵态氮肥还显著增加了小白菜可食部位的可溶性糖含量。根据上述结果，在镉污染土壤上的蔬菜生产中，无论选用哪种氮肥，分次施肥的方式均能取得比较理想的效果。
　　(3)本文继续以小白菜作为试验材料，以缓冲性较弱的土壤为基础材料，通过添加碳酸钙来获得缓冲性较强的土壤，利用土培试验，采用分次施肥的方式，研究土壤pH缓冲性在氮肥形态影响蔬菜镉积累中的作用。结果表明，镉污染条件下，在缓冲性弱的土壤上，与施用铵态氮肥相比，施用硝态氮肥不仅增加了小白菜可食部位的生物量和可溶性蛋白含量，还降低了可食部位的镉含量，但显著降低了可溶性糖含量，DPPH值虽然略微降低，但无显著差异。在缓冲性强的土壤上，与施用硝态氮肥相比，施用铵态氮肥显著降低了小白菜可食部位的镉含量，尽管也降低了生物量、可溶性糖含量和DPPH值，但并无显著差异，同时显著降低可溶性蛋白含量。根据上述结果，在镉污染土壤的作物生产中:在缓冲性强的土壤上选用铵态氮肥较为合适，而在缓冲性弱的土壤上施用硝态氮肥能取得较为理想效果。

目录

论文说明

声明

致谢

摘要

第一章 减少植物镉积累的措施研究进展

1．1 引言

1．2 土壤措施

1．2．1 移除策略

1．2．2 固定策略

1．3 作物调控措施

1．3．1 作物遗传育种

1．3．2 作物栽培管理

1．4 拟解决的问题及技术路线

1．4．1 拟解决的问题

1．4．2 技术路线

第二章 外源脱落酸在降低拟南芥植物中镉积累的作用研究

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 植物培养

2．2．2 生物量和元素含量测定

2．2．3 实时反转录PCR

2．2．4 统计分析

2．3 结果

2．3．1 ABA对镉耐性的影响

2．3．2 ABA对镉吸收的影响

2．3．3 ABA抑制了根中IRT1表达却增加了植物体内的Fe含量

2．3．4 IRT1活性的抑制是ABA抑制镉吸收的原因

2．4 讨论

第三章 分次施肥和氮肥形式对小白菜镉积累及品质的作用研究

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 供试土壤和材料

3．2．2 试验设计

3．2．3 可溶性糖和可溶性蛋白含量测定

3．2．4 总酚、抗坏血酸和类黄酮含量测定

3．2．5 DPPH自由基清除力测定

3．2．6 元素含量测定

3．2．7 统计分析

3．3 结果

3．3．1 分次施肥和氮形态对植物生长的影响

3．3．2 分次施肥和氮形态对镉含量的影响

3．3．3 分次施肥和氮形态对可溶性糖和可溶性蛋自的影响

3．3．4 分次施肥和氮形态对抗氧化物质和DPPH清除力的影响

3．4 讨论

第四章 土壤pH缓冲性在氮肥形态影响小白菜镉积累及其品质中的作用

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 供试土壤和材料

4．2．2 试验设计

4．2．3 测定指标及统计分析

4．3 结果

4．3．1 添加CaCO3对土壤pH缓冲性的影响

4．3．2 土壤缓冲性和氮形态对小白菜生物量和镉含量的影响

4．3．3 土壤缓冲性和氮形态对小白菜可溶性糖和可溶性蛋白的影响

4．3．4 土壤缓冲性和氮形态对小白菜抗氧化物质和DPPH清除力的影响

4．4 讨论

第五章 全文总结

1 主要研究结论

2 创新点

3 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文