铅胁迫对小桐子幼苗的生长影响毕业论文.doc

铅胁迫对小桐子幼苗的生长影响Jatropha curcas seedling grows situation by the Lead stressed 摘 要本试验利用硝酸铅溶液浇施小桐子幼苗,研究铅胁迫对小桐子幼苗生长以及部分生理的影响，评价小桐子对铅胁迫的耐受性。结果表明：经铅胁迫40天后，小桐子幼苗株高的生长速度变得较缓慢，茎围的生长速度则加快，叶片变化不明显。而随着铅胁迫时间的延长，小桐子幼苗的部分生理生化指标呈现不同的变化。其中，丙二醛的含量随着铅浓度的增加而增加，当铅浓度为800mg/L时为最高，但是叶片中丙二醛含量秋季（0.05187umol/g）低于春季（0.05272umol/g）；叶绿素的合成随着铅浓度的增加而减少，当铅浓度达到800mg/L时含量最少，且叶片中总叶绿素含量秋季（2.174mg/L）高于春季（2.071mg/L）；可溶性糖含量各处理组均比对照组的低，且当铅浓度达到800mg/L时，可溶性糖含量秋季（0.0249）mg/g高于春季（0.0177mg/g）。试验证明，小桐子对铅胁迫有一定的耐受性，具有在铅污染土壤应用的潜力。关键词：小桐子；铅胁迫；外形指标；生理生化指标ABSTRACTThis article studied the growth and physiologies of Jatropha curcas seedling by watering with Pb(NO3)2, and evaluated the resistance of the ions of plumbum. The result showed that the height of Jatropha curcas seedlings became slow,the growth speed of stem girth accelerated. The patial physiology and biochemistry would take some traits. The content of MDA would be proportional with concentration of Plumbum, the highest content of MDA was 0.05187 umol/g in Fall, 0.05272 umol/g in Spring at 800mg/l of Pb(NO3)2. In that content of Pb, the concentration of Chlorophyll was 2.174mg/L in Spring, 2.071mg/L in Autumn, the soluble sugar was 0.0249 mg/g,0.0177mg/g. All clues show that Jatropha curcas have some tolerance on lead stress and will deduce the pollution of soils.Key words: Jatropha curcas; Lead stressed; External morphological index; Physic-biochemical characteristics目 录1.前言12.材料与方法32.1材料32.1.1植株种子32.1.2实验仪器32.1.3实验药品32.1.4培养液及培养基质32.2方法42.2.1种子处理及萌发实验42.2.2幼苗前期培养42.2.3铅胁迫培养42.2.4指标测定43.结果与分析63.1铅胁迫对小桐子幼苗外部形态指标的影响63.2铅胁迫对小桐子幼苗生理生化的影响63.2.1铅胁迫对小桐子幼苗丙二醛（MDA）的影响63.2.2铅胁迫对小桐子幼苗叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素的影响73.2.3铅胁迫对小桐子幼苗可溶性糖的影响84.讨论95.结论11参考文献12致谢131.前言小桐子（Jatropha curcas L.），别名，麻风树，膏桐，臭油桐，是大戟科麻风树属植物。小桐子树皮光滑，种子呈长圆形，种衣呈灰黑色。中医认为它性寒，有散瘀、止痛作用，也可治跌打损伤及皮肤瘙痒。小桐子籽粒含油率高，是制造生物柴油的良好材料，被生物质能源研究专家称之为“黄金树”、“柴油树”，是国际上研究最多的能生产生物柴油的能源植物之一，是世界公认的最有可能成为未来替代化石能源的具有巨大开发潜力的树种。所以目前对小桐子的栽培技术以及产油率等方面的研究也越来越深入。而在当今社会，由于工农业的超载发展，“三废”的违规排放等, 使得空气、水体、土壤等环境要素纷纷受到污染，而铅污染由于影响范围大、毒害作用隐蔽、对健康危害严重, 已逐渐成为学界研究热点。在铅污染的土壤环境中,因污染程度的不同，会对不同植物产生不同程度的危害, 轻则使植物体的代谢过程发生紊乱, 生长发育不良, 重则会导致植物死亡。因此，如何改善铅污染土壤环境，在遭受铅等重金属污染后的土壤中有哪些植物还能够正常生长等一系列的研究也越来越有必要。小桐子是一种多年生耐旱型木本植物，它适于贫瘠和边角地栽种，即使管理粗放，它也能迅速的生长。如果小桐子在被污染的土地中能正常生长，那将对其在今后的综合利用，修复污染土壤，提高污染土地的利用价值等方面有重要的现实意义。植物修复是近年来新兴的一种对土壤重金属污染的修复技术。1983 年,美国化学家Chaney 提出了用超富集植物清除土壤中重金属污染的思想, 英国Baker 博士也随之提出超富集植物具有清洁金属污染土壤和实现金属生物回收的实际可能性。利用植物修复的方法来治理重金属污染土壤有其独特的优点，如成本低；不破坏土壤生态环境；通过对植物的集中处理, 造成二次污染的机会较少等。植物修复技术的关键是寻找合适的超积累或耐重金属植物。现在已经发现许多金属超积累植物，如东南景天, 龙新宪等研究发现，当土壤镉含量为12.5-50mg/Kg时，矿山生态型东南景天的地上部在一年内(两茬)的积累量可达2-4mg/盆，其对土壤镉清除率达16%-33%。但目前，超积累植物的研究多限于实验阶段，在生态修复中的广泛利用还有一定局限性。国内外已见报道的重金属超积累植物已有400 多种；但是, 铅的富集植物被发现的并不多, 仅有5 种1-5。我国在此方面的研究起步较晚，但当前关于铅富集植物的生理生化方面的研究, 也已被广泛的开展，如刘秀梅等在温室砂培盆栽条件下对铅锌尾矿区附近生长的6 种植物( 山野豌豆、草木樨、披碱草、酸模、紫苜蓿和羽叶鬼针草) 体内铅的含量与分布、重金属铅的迁移总量、根系的耐性指数做了研究，发现羽叶鬼针草和酸模对铅有很好的耐性。程文伟等用盆栽模拟试验研究了甘蔗长期受重金属铅胁迫的生理响应，发现了甘蔗具有植物修复铅污染土壤的潜力等6-7。小桐子作为一种能源植物在环境修复等方面的研究报道还极为鲜见，而近几年，能源植物在土壤重金属污染的修复治理方面的研究已经逐步的展开，王国庆等通过水培试验研究了红麻对水培营养液中Cu及Cu-EDDS 的吸收和富集效应，通过试验结果预测在Cu污染土壤上种植红麻，可望实现红麻纤维的安全生产，同时有可能实现对轻度Cu污染土壤的植物稳定和吸取修复8。王小鸽等在水培条件下研究了3 个无性系在不同浓度铅胁迫下的插穗萌条生长、根系发育和铅中毒的生理生态反应,研究发现能源柳可用于铅污染土壤的修复9。所以，如果小桐子也能用于污染土壤的修复，那将能更好的实现小桐子树的综合利用价值，提高重金属污染地区的经济价值。本试验通过人工模拟铅胁迫小桐子，对其外部形态及其部分生理响应进行测定，研究其在铅污染土壤中的耐受情况，为小桐子今后在废矿区和重金属污染地区的综合利用提供一定的参考。2.材料与方法2.1 材料2.1.1 植株种子小桐子种子：江苏沐阳种子发展公司。2.1.2 实验仪器恒温水浴锅（国华电器有限公司），分光光度计（WFJ722型，龙尼柯上海仪器有限公司），超低温离心机（Eppendrof Centrifuge 5810R,Germany)，电子天平（PL202-S型，梅特勒-托利多仪器上海有限公司），电热恒温鼓风干燥箱（DHG9246A，上海精宏实验设备有限公司），电热恒温培养箱（DNP9082型，上海精宏实验设备有限公司），实验室PH计（FE20/EL20，梅特勒-托利多仪器上海有限公司），游标卡尺。2.1.3 实验药品硝酸铅（Pb(NO3)2）；四水硝酸钙（Ca(NO3)2·4H2O）；硝酸钾（KNO3）；硝酸铵(NH4NO3)；磷酸二氢钾（KH2PO4）；硫酸镁（MgSO4 /MgSO4·7H2O）；七水硫酸亚铁（FeSO4·7H2O)；乙二胺四乙酸二钠（C10H14N2Na2O8·2H2O）；碘化钾KI；硼酸（H3BO3）；硫酸锰（MnSO4）；硫酸锌（ZnSO4·7H2O）；钼酸钠（Na2MoO4）；硫酸铜（CuSO4）；氯化钴（CoCl2·6H2O）；葡萄糖（C6H12O6）；浓硫酸（H2SO4）；蒽酮（C14H10O）；无水乙醇（C2H6O）；丙酮（C3H6O）；三氯乙酸（C2HCl3O2）；硫代巴比妥酸（C4H4N2O2S）。2.1.4 培养液及培养基质完全培养液采用霍格兰培养液。配制方法如下：四水硝酸钙（Ca(NO3)2·4H2O）945mg/L，硝酸钾（KNO3）506mg/L，硝酸铵(NH4NO3)80mg/L，磷酸二氢钾（KH2PO4）136mg/L ，硫酸镁（MgSO4·7H2O），493mg/L，铁盐溶液2.5ml，微量元素液5ml，pH=6.0。铁盐溶液：七水硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）2.78g，乙二胺四乙酸二钠（C10H14N2Na2O8·2H2O） 3.73g，蒸馏水500ml，pH=5.5。微量元素液：碘化钾（KI） 0.83mg/l，硼酸（H3BO3）6.2mg/L，硫酸锰（MnSO4）22.3mg/L，硫酸锌（ZnSO4·7H2O）8.6mg/L，钼酸钠（Na2MoO4）0.25mg/L，硫酸铜（CuSO4）0.025mg/L，氯化钴（CoCl2·6H2O）0.025mg/L。铅处理液的配制方法为：用硝酸铅分别配制铅离子浓度为100 mg/L,200 mg/L,300 mg/L,500 mg/L,800 mg/L的溶液。种子培养基质为草炭：珍珠岩=3:2（按体积比），种子萌发后移植到培养袋，基质为黄土：草炭：珍珠岩=5:3:2（按体积比）。2.2 方法2.2.1 种子处理及萌发实验挑选饱满无异样的种子，将其轻轻破壳，浸泡8小时，晾干。之后种植装有到基质（草炭：珍珠岩=3:2）的育苗盘中待萌发。之后每天浇水，三天后第一株种子萌芽，两周后全部萌芽。2.2.2 幼苗的前期培养挑选长势相似的小桐子幼苗，移植到培养袋中。培养基质为黄土：草炭：珍珠岩=5:3:2（按体积比）。对所有幼苗进行完全培养液浇灌，每株20ml。四天后再次进行浇灌培养。七天后对幼苗进行泼浇多菌灵，进行灭除菌害。2.2.3 铅胁迫培养待小桐子幼苗生长稳定后，挑选长势相似的幼苗进行分组的铅胁迫培养。将挑选出来的小桐子幼苗平均分为六组，分别设为铅含量0mg/L，100 mg/L,200 mg/L,300 mg/L,500 mg/L,800 mg/L。每组十株，以后进行铅胁迫培养，重复3组试验。2.2.4 指标测定2.2.4.1 外部形态指标的测定在进行铅胁迫处理40天后对小桐子幼苗的各外部形态指标（株高，茎围，叶片长×宽）进行测量，株高的测量为地上部分到顶芽的高度，茎围的测量为地上部分2厘米处，叶片统一测量各植株的上部叶。2.2.4.2 生理生化指标的测定秋季，各生理生化指标在经过铅胁迫处理60天之后采样测定。春季，在经过了120天停止铅胁迫处理的恢复期后，继续铅胁迫处理30天之后采样测定。丙二醛的测定，分别称取各个胁迫组的小桐子叶片1g，加入少许石英砂和2mL10%TCA（10%三氯乙酸），研磨成匀浆再加3mL10%三氯乙酸进一步研磨，匀浆在4000r离心10min，上清液为MDA提取液，采用硫代巴比妥酸法进行显色反应和测定，并根据公式计算幼苗植株中MDA含量，具体方法参照参考文献10。叶绿素的测定采用浸提法，分别取各个胁迫组的小桐子叶片洗净晾干之后称取0.2克，放到25ml的容量瓶中，加入丙酮乙醇混合液（按体积比1:1）定容，之后放入恒温箱中在40下浸提24小时，之后取出分别于663nm, 645nm处进行分光光度测定，并根据公式计算出幼苗叶片中的叶绿素的含量，具体方法参照参考文献11。可溶性糖含量测定，取各胁迫组的小桐子叶片，洗净晾干，之后在110烘箱烘15min，然后调至70过夜。干叶片磨碎后称取50mg样品倒入10ml刻度离心管内，加入4ml80%酒精，置于80水浴中不断搅拌40min，离心，收集上清液，其残渣加2ml80%酒精重复提取2次，合并上清液。在上清液中加10mg活性炭，80脱色30min，定容至10ml，过滤后，取提取液1ml，加入5ml蒽酮试剂混合，沸水浴煮10min，取出冷却。在625nm处测其OD值，从标准曲线上得到提取液中糖的含量，具体方法参照参考文献10。3.结果与分析3.1 铅胁迫对小桐子幼苗的外部形态指标的影响从表1可以看出，从中可以看到，小桐子幼苗株高的生长速度，均比对照组的慢，说明铅胁迫对小桐子幼苗的株高生长造成了抑制作用；而茎围的生长速度则较对照组都变快，说明一定浓度的铅能促进小桐子幼苗茎围的生长；经铅胁迫后叶的生长速度较对照组变化不大，说明在铅离子浓度为800mg/L范围内胁迫处理后，对小桐子幼苗叶片的生长造成的影响不大。在秋季各铅胁迫组的小桐子幼苗叶片较对照组提前20天左右落叶，春季新叶则延缓了30天左右才长出新叶。表1 铅胁迫对小桐子幼苗外部形态指标的影响铅浓度（mg/L）铅胁迫培养40天后各外部形态指标的变化情况株高（cm）茎围（cm）叶长×宽（cm）015.160.5973.11×4.1310010.850.6312.86×3.2920013.410.6283.19×3.1930012.190.6383.37×3.8450011.60.6292.77×3.1180013.290.6343.22×3.973.2 铅胁迫对小桐子幼苗生理生化的影响3.2.1 铅胁迫对小桐子幼苗丙二醛（MDA）的影响从图1可以看出，经铅胁迫培养后小桐子幼苗在秋季和春季，叶片中的丙二醛含量均比对照组的高，而且呈现递增的趋势，秋季，当铅胁迫浓度达到800mg/L时，丙二醛含量为0.05187umol/g，春季为0.05272umol/g均达到了最大值。且在春季，铅离子浓度为200mg/L到800mg/L的各个组，丙二醛含量均比秋季是高。图1 铅胁迫对小桐子幼苗丙二醛含量的影响结果表明，铅胁迫会促进小桐子幼苗叶片中的丙二醛的合成，且随着铅胁迫浓度和时间的增加，丙二醛的合成量也增加。3.2.2 铅胁迫对小桐子幼苗叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素的影响从图2、3、4可以看出，秋季，随着铅胁迫浓度的增加，小桐子幼苗叶片中叶绿素a、 b、叶绿素总量含量逐渐降低，当铅胁迫浓度增加到800mg/L时幼苗植株中叶绿素a、 b、叶绿素总量分别降到1.764mg/L，0.41 mg/L，2.174 mg/L。春季，小桐子幼苗叶片中叶绿素含量也逐渐降低，当铅胁迫浓度为800mg/L时，叶绿素a、 b、叶绿素总量为1.653mg/L,0.419mg/L，2.071mg/L，均为各组最低，这一结果说明铅胁迫会抑制小桐子幼苗植株中叶绿素的合成，且随着铅胁迫浓度的增加，抑制作用越强烈。 图2 铅胁迫对小桐子幼苗叶片内叶绿素a含量的影响图3 铅胁迫对小桐子幼苗叶片内叶绿素b含量的影响图4 铅胁迫对小桐子幼苗叶片内总叶绿素含量的影响3.2.3 铅胁迫对小桐子幼苗可溶性糖的影响从表2可以看出，经铅胁迫处理后，小桐子幼苗在秋季，叶片中可溶性糖含量均比对照组的低，在铅处理浓度为100mg/L和800mg/L时，可溶性糖含量分别降至了0.02036mg/g和0.02493mg/g，说明铅胁迫对小桐子幼苗叶片中可溶性糖的合成产生了抑制。春季，小桐子幼苗植株内的可溶性糖含量也随着铅胁迫浓度的增加而减少，且当铅离子浓度为800mg/L时，可溶性糖含量为0.0177mg/g，含量最低，且与秋季相比，铅胁迫浓度为200mg/L到800mg/L的组可溶性糖含量更低，说明到了春季由于铅胁迫时间的延长，小桐子幼苗叶片中可溶性糖的合受到了成了更大的影响。表2 铅胁迫对小桐子幼苗可溶性糖的影响铅胁迫浓度（mg/L）秋季可溶性糖含量（mg/g）春季可溶性糖含量（mg/g）00.033640.03931000.020360.02412000.030390.02473000.031570.02625000.024580.01938000.024930.01774.讨论植物外部形态指标的变化，直观的反映了植物的生长情况。经过铅胁迫处理后，小桐子幼苗株高生长速度均比对照组的慢，说明铅胁迫对小桐子幼苗的株高生长造成了抑制作用；而茎围的生长速度则较对照组都变高，说明一定浓度的铅能促进小桐子幼苗茎围的生长；经铅胁迫后叶片生长速度较对照组变化不大，说明在铅离子浓度为800mg/L范围内胁迫处理，对小桐子幼苗叶片的生长造成的影响不大，这可能是由于培养基质中含有草炭，草炭富含各类有机质和矿物质，保肥能力较强，因此缓解了铅对小桐子幼苗的胁迫影响。在秋季各铅胁迫组的小桐子幼苗叶片较对照组提前20天左右落叶，春季新叶则延缓了30天左右才长出，这可能是由于小桐子吸收了土壤中的铅，吸收的铅影响了叶片内的酶活性等原因造成的，具体原因还有待进一步的研究。植物器官在衰老或逆境条件下，发生膜脂过氧化作用，MDA是其产物之一，是膜脂过氧化的指标，表示细胞膜脂过氧化程度和植物对逆境条件的反应强度。经铅胁迫培养后，小桐子幼苗叶片内MDA的含量均比对照组的高，在秋季和春季，当铅胁迫处理浓度达到800mg/L时，MAD含量为0.05187umol/g和0.05272umol/g，与对照组相比较变化较大。说明随着铅浓度的增加，铅胁迫增强了膜脂过氧化作用，削弱了膜的抵抗能力，小桐子幼苗对抗性条件的适应性变弱。这与宋勤飞12和庞欣13等人的研究结果一致。叶绿素含量是测定植物光合作用的重要指标之一，叶绿素含量的高低也表现了植株的生长情况。在本试验中，随着铅胁迫浓度的增加，小桐子幼苗叶片中的叶绿素a、 b、叶绿素总量的含量均逐步减少，且秋季和春季测量的结果相似，当铅胁迫处理浓度达到800mg/L时，秋季测得叶绿素a、 b、叶绿素总量的含量分别为1.764mg/L，0.41 mg/L，2.174 mg/L，春季为1.653mg/L, 0.419mg/L，2.071mg/L，均降至各组最低。这可能是由于小桐子叶片从土壤中吸收铅的量随着铅浓度的增加而递增,吸收的铅作用于叶绿素生物合成途径的几种酶的肽链结构,从而抑制酶的活性,阻碍叶绿素的合成。铅胁迫下,小桐子叶片中叶绿素各组分含量变化与甘蔗的相同，这与程文伟7和何冰14等人的研究结果一致。可溶性糖是植株体内碳水化合物互相转化和再利用的主要物质,它不仅是植物的主要光合产物,也是碳水化合物代谢和暂时贮藏的主要形式。经铅胁迫培养后，小桐子幼苗体内的可溶性糖的合成均受到了不同程度的抑制，秋季经铅胁迫后，各铅胁迫组与对照组相比，可溶性糖含量均低于对照组。春季，当铅浓度为800mg/L时，可溶性糖含量为0.0177mg/g，为各组最低，且与秋季相比，各胁迫组的可溶性糖含量相对较低，这可能是由于春季铅胁迫时间较秋季的胁迫时间长，培养基质中草炭的保肥性降低等原因造成的。5.结论通过本次试验，模拟铅胁迫处理小桐子幼苗，研究小桐子幼苗的外部形态指标变化，及部分生理生化指标的响应。在经过铅胁迫处理后，小桐子幼苗株高生长受到了抑制，茎围的生长则受到促进，而对叶片生长的影响则不明显；小桐子幼苗叶片内可溶性糖的合成则受到了抑制，且随着胁迫时间的延长，抑制更明显；随着铅浓度的增加，叶绿素各组分的含量逐渐减少；小桐子幼苗叶片内MDA的含量则随着铅胁迫浓度的增加而增加，这说明铅胁迫增强了膜脂过氧化作用，削弱了膜的抵抗能力，使小桐子幼苗对抗性条件的适应性变弱。经过铅胁迫处理后，小桐子幼苗的叶片较对照组提前（20天左右）变黄落叶，在春季，新叶的生长也延缓（30天左右）了。 在试验中，经铅处理后，小桐子幼苗的生长均未出现明显的中毒症状，说明了小桐子对铅胁迫有一定的耐受性，具有在铅污染土壤应用的潜力。本试验为小桐子在矿区，铅污染地区等的综合利用提供一定的参考。参考文献1 吴双桃,吴晓芙,胡曰利,等.铅锌冶炼厂土壤污染及重金属富集植物的研究J.生态环境,2004,13(2):156-157,160.2 封功能,陈爱辉,刘汉文,等.铅对茄果类蔬菜生长特性的影响J.安徽农业科学,2008,36(34):14862-14868.3 郭艳杰,李博文,杨华印.度芥菜对土壤Cd,Pb的吸收富集效应及修复潜力研究J.水土保持学报,2009,8,23(4):130-135.4 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