煙草重金屬鎘的吸收積累規律及其影響機制研究

煙草重金屬鎘的吸收積累規律及其影響機制研究

作者:師大云端圖書館 時間:2015-10-26 分類:參考文獻 喜歡:2897
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【摘要】煙草對鎘的吸收積累具有一定的規律性,鎘對煙草的毒害一方面受到不同部位鎘的含量和賦存形態影響,另一方面受到外界的環境因素的影響。探明煙草對鎘的吸收積累規律,有利于通過外界調控煙草對鎘的吸收,減少鎘對煙草的毒害。本研究通過盆栽試驗和水培試驗相結合的方式,研究了煙草對鎘的吸收積累特性以及在吸收積累過程中,鎘的主要化學形態分布特點,闡述了鎘對煙草生長生理的影響,并通過超微電鏡觀察在細胞水平上揭示了煙草鎘毒害的原因,揭示pH、溫度和鋅對鎘吸收積累的調控效應,旨在為我國低危害煙葉的生產以及煙草鎘污染的防治提供理論依據。1.煙草對鎘的吸收具有一定的規律性:隨著處理時間的延長,煙苗對鎘的吸收量呈現先減少后升高,最終趨于穩定,而煙苗對鎘吸收速率則呈現先降低后持續升高趨勢。添加鎘處理后,煙草葉片鎘含量顯著高于莖和根部;這與對照組內鎘含量為根>莖>葉不一致。在煙草采收前,煙葉中的鎘含量表現為:下部葉>中部葉>上部葉。煙草鎘積累速率隨著鎘濃度的提高而提高。2.煙草品種對鎘的敏感性存在差異,不同鎘濃度處理對煙草光合性能存在較大的影響,且不同煙草品種之間差異明顯。在本研究中,四個煙草品種的光合性能還存在相似性,均在鎘含量達到64mg/kg時急劇降低,結合其他指標,可以斷定64mg/kg的鎘濃度是煙草移栽后生長的形態半致死濃度。在該濃度下煙草的干物質重量顯著降低,光合性能降低,煙株死亡率達到50%左右。不同煙草品種對鎘的積累特性存在共同的特點:下部葉>中部葉>上部葉>根、莖,而莖和根中的鎘含量則因品種和生育期而存在一定差異。隨著鎘含量的提高,煙草各部位的鎘含量均升高,四個煙草品種整體上對鎘的吸收積累規律具有一致性,但是,中煙100鎘的耐受性顯著高于其他三個煙草品種。在4mg/kg和16mg/kg鎘濃度處理下,其各部位鎘含量均低于其他三個品種,在64mg/kg和128mg/kg鎘濃度處理下,各部位的重金屬含量也較低。鎘在煙草體內不同部位的化學形態含量不同,去離子水提取態主要分布在下部葉片,上部葉片和花蕾中的含量相對較少,在莖稈中,木質部的鎘含量多于韌皮部,木質部既對鎘有沉積也有運輸,而韌皮部作為向下運輸營養物質的器官,其中具有較高的氯化鈉提取態則說明有一部分鎘通過韌皮部向其他部位轉運,這可能是煙草鎘外排的一種證明。3.不同的煙草品種,各部位鎘的化學形態比例存在差異,三種紅花煙草相比,中煙100各部位去離子水提取態和氯化鈉提取態含量較高,結合前面章節關于鎘積累的特點,可以認定中煙100具有較高的鎘耐受性。研究已經證實乙酸提取態是活性和遷移性較低的化學形態,而三個紅花煙草中根部的乙酸提取態較之自身葉片和莖稈而言,都有較大的比例提高,說明根部是煙草沉積鎘的主要器官,而葉片是受毒害最重的器官。馬合煙作為一種黃花煙草,其體內的鎘形態分布與紅花煙草之間存在較大差異,在馬合煙中,去離子水提取態在各部位所占比例均為最高,但在實際觀測中,其生理生長所受影響并非最嚴重,這說明其對鎘的耐受性最高。同時,馬合煙根部乙酸提取態所占比例較高,這與紅花煙草相一致,說明根部也是其沉積鎘的主要器官。4.在不添加鎘處理時,鎘主要集中在煙草的莖部,隨著鎘濃度的增加,葉片中鎘的積累量增加,但是鎘主要還是積累在根部和莖部。鎘抑制了煙草幼苗的生長,降低了煙草幼苗各項生理活性,使其碳代謝受到嚴重影響。低濃度的鎘處理在一定程度上能使煙草幼苗根部干物質重增加,葉片硝酸還原酶活性增強。本研究顯示要降低煙草中的鎘含量,獲得優質高產的烤煙,必須在煙草的苗期嚴格控制重金屬對幼苗的污染,在實踐生產中栽種優質、低危害的煙苗。5.隨著鎘濃度的提高,煙草幼苗葉片的細胞膜透性增大,10μmol/L鎘處理細胞膜透性和對照處理相比無顯著差異,而當鎘濃度100μmol/L和500μmol/L時,細胞膜透性差異也不顯著,可以看出,此時細胞膜已經發生破裂,所以細胞膜透性變化隨著鎘濃度的提升變化不大。隨著鎘濃度的提高,葉肉細胞的葉綠體數量減少,葉綠體體積變小,葉綠體內基粒片層結構減少,基質片層結構增多,在高濃度處理下,基粒片層結構不復存在,基質片層結構呈長條狀,甚至基質類囊體膜出現破裂。隨著鎘濃度的提高,葉肉細胞的細胞壁上出現了大量的嗜鋨顆粒,說明細胞壁對鎘具有一定的沉積作用。6.在種子萌發階段,中性環境最有利于種子萌發,過酸或者過堿都會降低種子的發芽率,煙草種子萌發后,偏酸性的環境有利于幼苗的生長發育,有利于其干物質的積累。隨著pH的降低和升高,煙苗的干物質重會降低。酸性環境中煙苗各部位的鎘含量較高,而堿性環境則減少了煙苗中的鎘含量。溫度會影響煙苗中的鎘含量,低溫和高溫都會減少煙苗中的鎘含量,在20℃時煙苗對鎘的吸收量最高,在低溫和常溫條件下,煙苗中的鎘含量表現為:莖>根>葉,在高溫條件下表現為:根>葉>莖。少量的鋅對煙草生長有促進作用,大量的鋅則會對煙草生長造成毒害,鋅和鎘之間存在著競爭作用同時也存在著協同效應。煙草對鎘的吸收受到鋅的調節,在低鋅濃度時鋅具有調節作用,在高鋅濃度時,鎘競爭鋅的結合位點,因此煙苗體內的鎘含量呈現增加趨勢。
【作者】賀遠;
【導師】王樹聲;
【作者基本信息】中國農業科學院,作物栽培學與耕作學,2014,博士
【關鍵詞】煙草;鎘;生物富集;化學形態;解毒機制;

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