【摘 要】
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红树林生态系统是世界上生物多样性最为丰富的生态系统之一,对海岸带及其邻近区域的稳定性有着重要的作用。近年来,随着海岸带人口的不断增加以及城市化的飞速发展,如何合理有效地保护面临威胁的红树林成为了新形势下急需解决的问题之一。镉(cadmium,Cd)是红树林生态系统中常见的重金属污染物,直接或间接地影响着红树植物正常的生理生化过程。与此同时,红树林具有较高的生产力,周转率,以及陆海生态系统间的交换率
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红树林生态系统是世界上生物多样性最为丰富的生态系统之一,对海岸带及其邻近区域的稳定性有着重要的作用。近年来,随着海岸带人口的不断增加以及城市化的飞速发展,如何合理有效地保护面临威胁的红树林成为了新形势下急需解决的问题之一。镉(cadmium,Cd)是红树林生态系统中常见的重金属污染物,直接或间接地影响着红树植物正常的生理生化过程。与此同时,红树林具有较高的生产力,周转率,以及陆海生态系统间的交换率。红树植物在生源要素的生物地球化学循环中发挥着重要的作用。磷(phosphorus,P)是河口环境基本且重要的元素,是核酸、膜脂质和能量代谢的一种重要成分,对于生长在潮间带的红树植物的生长发育过程至关重要。目前,关于P和Cd对于植物影响的研究大多集中在P对植物体内Cd的移动性、可溶性以及生物有效性的影响且研究对象多为农作物,而以红树植物为对象的研究极为罕见。而P和Cd常常并存于红树林生态系统中,且二者之间存在着一定的相互作用。因此,明确磷镉互作效应对红树植物的影响显得尤为重要。本研究围绕外源P对红树植物幼苗抗Cd胁迫的调控机制,以泌盐植物白骨壤(Avicennia marina(Forsk.)Vierh.)和拒盐植物秋茄(Kandelia obovata(S.,L.)Yong)为实验材料,利用水培实验,主要探讨了三大方面的内容:一是明确了两种红树植物幼苗在P和Cd处理下对Cd累积的差异性以及生理生态变化的响应;二是阐明了 P对Cd胁迫下两种红树植物幼苗根系泌氧率、根系孔隙度以及根表铁膜的影响效应;三是揭示了 P和Cd处理下根细胞壁多糖在红树植物幼苗对Cd耐性中的作用。主要结论如下:(1)从生理生态机制的角度,阐明了 P对Cd胁迫下两种红树植物幼苗影响的差异。研究表明,Cd在两种红树植物体内累积的分布规律为根>茎>叶片,泌盐并不能显著改变重金属的分布格局。磷的供应降低了 Cd胁迫下两种红树植物幼苗叶片中丙二醛和脯氨酸的含量,提高了叶片中光合色素水平,促进了非蛋白巯基、谷胱甘肽以及植物螯合肽的合成。这些结果阐明了,P的添加促进了两种红树植物幼苗对Cd的解毒作用,而红树植物对磷镉的响应策略具有物种特异性,白骨壤幼苗对Cd的耐受性强于秋茄幼苗对Cd的耐受性。(2)利用柠檬酸态氧化法和比重瓶法分别测量了红树植物幼苗的根系泌氧率和根系孔隙度。结果表明,Cd胁迫抑制了红树植物幼苗根系泌氧率和根系孔隙度,而P能够显著改善Cd对红树植物的抑制效应。红树植物幼苗根系孔隙度和根系泌氧率之间具有显著的正相关关系。白骨壤幼苗比秋茄幼苗具有更高的根系泌氧率和根系孔隙度,这说明了白骨壤幼苗具有更强的适应厌氧环境的能力。我们的研究进一步表明,P处理降低了 Cd胁迫下红树植物幼苗根表铁膜中的Fe含量,而增加了铁膜中的Cd含量。此外,根表铁膜的形成可作为红树植物幼苗对Cd吸收的障碍和缓冲,但铁膜对Cd的吸附和阻挡作用有限,根系仍是Cd进入植物体的主要阻挡部位。(3)磷的施加显著增加了 Cd胁迫下两种红树植物幼苗根细胞壁中Cd的含量。另外,Cd和P共同处理下,两种红树植物幼苗根中细胞壁果胶和半纤维素1含量比只有Cd处理显著提高,这一效应在白骨壤幼苗中表现的更加显著。除此之外,P显著增加了 Cd处理下两种红树植物幼苗根细胞壁中PME活性,白骨壤幼苗根细胞壁中的PME活性显著大于秋茄幼苗根细胞壁中的PME活性,这意味着高含量的果胶和PME活性会导致更多的自由羧基的产生,从而促使更多的Cd结合在根细胞壁上,提高红树植物幼苗对Cd的抗性。综上所述,这些结果阐明了 P能够缓解Cd对红树植物幼苗的胁迫,为控制Cd污染提供了一个较为新颖的方法。
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