从枝菌根对受铅胁迫的雌雄青杨(Populus cathayana)生理生化特性的影响

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随着工业发展,土壤Pb污染日益严重,威胁着环境安全和人类的健康。因此,找到一种合理有效的方法来修复土壤Pb污染具有很重要的意义。植物修复技术是利廉价易操作、生态环境友好型和易受大众认可的技术,利用微生物和植物结合是种重要的联合修复方式,并能增强植物修复效率和植物的抗逆性。因此,本研究通过盆栽控制实验,研究了接种丛枝菌根真菌(AMF)条件下,受Pb胁迫的青杨雌雄株生物量积累和分配、形态生长、光合能力、色素含量、抗氧化系统酶、植物激素以及重金属富集与分配的差异,主要研究结果和结论如下:(1)经过四个月的处理,青杨在生物量积累和形态特征方面存在性别差异,且雌株的生物量指标高于雄株,这与其他研究者对青杨性别二态性的研究结果相似;本实验设置的100mg·kg-1土壤Pb污染对青杨雌雄株的形态特征没有产生显著影响,表明青杨雌雄株对该程度Pb胁迫具有一定的抗性。本实验所选的AMF对于青杨具有很高的侵染率,但对青杨雌雄株形态特征没有显著影响。(2)在光合特性方面,与CK处理相比,Pb、AM及交互处理均末显著影响青杨雌雄株的叶绿素含量。各种处理条件下各光合指标的差异也不显著。反映光合机构损伤的两个指标,Fv/Fm和Yield在Pb处理条件下显著降低,而在交互处理条件下这两个指标有所回升,表明AM的形成有利于缓减青杨雌雄株光合机构受到Pb的负面影响。(3)Pb处理导致了青杨雌雄株活性氧(ROS)的大量增加,造成了其体内ROS产生和清除的失衡,但交互处理下ROS的含量与CK处理无显著差异,表明AM在恢复这平衡状态过程中起到了正面促进作用。另一方面,Pb胁迫显著提升了青杨雌雄株抗氧化酶活性(SOD、CAT、APX和GR),并促使其细胞内大量积累一些抗氧化物质(Gsh、ASC和dissociate proline),表明青杨的抗氧化系统的有效响应有利于缓减Pb胁迫带来的负面影响,尤其是雄株。值得注意的是,AM对于受Pb胁迫处理下青杨雌雄株抗氧化酶系统的响应有显著的正面效应。此外,Pb和,AM均没有显著影响青杨雄株叶片IAA和ABA含量;Pb处理显著增加了雌株ABA含量,并显著减少了其IAA含量,而在交互处理条件下雌株IAA和ABA的含量恢复到与CK处理相当的水平,说明AM对于青杨雌株激素平衡起到了重要作用。(4)Pb胁迫未对青杨各器官N、P的吸收和同化造成显著负面影响;AM在清洁土壤和污染土壤上都未对青杨的各器官N吸收和同化产生促进作用,但AM却对青杨雌雄株各器官P的吸收和同化有较强的促进作用,在根部表现得更为突出;在交互处理条件下,与雌株相比,AM对雄株根部P的吸收和同化的促进作用更强。本实验充分保证了青杨生长所需的养分元素,Pb处理和AM处理条件下青杨雌雄株各器官K、Ca和Mg的含量与CK处理均无显著差异,但在交互处理条件下,AM的形成显著增加了这些元素在青杨雌雄株各器官中的含量,尤其是根部;交互处理条件下,AM对雄株K和Ca吸收和同化的促进作用要强于雌株。可推断AM在土壤贫瘠和受污染土壤条件下对青杨各养分元素的吸收和同化表现出较强的促进作用。(5)本研究表明青杨不同性别间对重金属的积累与分配存在差异,AM显著提升了青杨雌雄株根部对Pb的吸收和积累,并且雌株增幅要大于雄株;实验结果说明,在土壤本底低水平的Pb条件下,雌株对Pb的吸收和积累要弱于雄株,尤其是地上部分;而土壤Pb污染加剧时,青杨雌株更易将Pb向地上部分运输和积累。从植物修复的角度来看,青杨雌雄株对Pb污染的适应策略不相同,青杨雌株Pb高积累的特性能够促进土壤中更多的有效态Pb被固定,AM显著增强了这一特性,有利于Pb的植物修复,但对其生长必然产生一定的负面影响,雄株则采取了排斥的策略,以保证它的正常生长。
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