硒镉交互作用对西葫芦幼苗生长及抗氧化酶活性的影响

硒能够缓解镉胁迫对植物产生的毒害。为探明硒(Se)和镉(Cd)交互作用对植物的影响,本研究以西葫芦为材料,采用沙培的方式,研究了不同浓度Se(0.5、2.0和4.0 mg·L^-1)与Cd(0.2、0.4和0.6 mg·kg^-1)交互作用对西葫芦幼苗生长和抗氧化酶活性的影响。结果表明,单一Cd胁迫下,随着Cd浓度的增加,其对西葫芦幼苗的生长和抗氧化酶活性具有一定的促进作用。Se与Cd交互作用对西葫芦幼苗生长和抗氧化酶活性的影响与Se和Cd的浓度有关。不同浓度Se与低中浓度Cd(0.2和0.4 mg·kg^-1)交互作用可使Cd胁迫下西葫芦幼苗苗高、鲜重和干重显著增加,与高浓度Cd(0.6 mg·kg^-1)交互作用却抑制了西葫芦幼苗的生长。与单一Cd胁迫相比,不同浓度Se与0.2 mg·kg^-1Cd交互作用可显著提高西葫芦幼苗SOD和POD活性,不同浓度Se与0.4和0.6 mg·kg^-1Cd交互作用抑制了西葫芦幼苗SOD和POD活性,且Cd浓度越高,差异越明显。在高浓度(0.6 mg·kg^-1)Cd胁迫下,Se浓度越高,2种元素的交互作用对西葫芦幼苗生长和抗氧化酶活性产生的抑制作用越大。Cd胁迫下,外源Se可以降低西葫芦幼苗Cd含量,同时提高Se含量。较低浓度的Se能够有效缓解Cd对西葫芦幼苗造成的毒害作用,综合来看,2.0 mg·L^-1Se与Cd的交互作用对西葫芦幼苗的生长和抗氧化酶活性的促进作用最强。本研究表明施加外源Se缓解Cd胁迫对植物的毒害时,应同时考虑Cd的污染程度和施加Se的量,为Cd污染治理提供了一定的参考依据。     

圆叶锦葵对Cd处理的光合生理响应及Cd富集特征

为揭示镉(Cd)处理下圆叶锦葵的光合耐性及其对Cd的富集特征,通过土壤盆栽试验,设置不同浓度Cd[0(CK)、5、15、30、60、100 mg·kg^-1]对圆叶锦葵进行处理,测定不同Cd浓度处理下圆叶锦葵的生长、光合参数、光合色素含量、抗氧化酶(SOD、CAT、POD、APX)活性及对Cd的富集能力。结果表明,Cd处理促进了圆叶锦葵的生长,30 mg·kg^-1 Cd处理下生物量达到最大值。Cd处理下,光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)均呈先增加后降低的趋势,5~60 mg·kg^-1处理时Pn和Tr显著高于CK,100 mg·kg^-1Cd处理下的Pn和Tr显著低于CK。Cd处理下,叶绿素a含量增加,而叶绿素b、总叶绿素含量和类胡萝卜素含量呈先升高后降低的趋势,分别在5 mg·kg^-1和30 mg·kg^-1处理时达到最大值,Cd处理下的光合色素含量均显著高于CK。0~5 mg·kg^-1Cd处理下的光合作用受气孔因素和非气孔因素(叶面积、光合色素和抗氧化酶等)的影响;而5~100 mg·kg^-1处理下的光合作用主要受气孔因素的影响。随着 Cd 浓度的增加,圆叶锦葵根、茎、叶组织中 Cd 含量逐渐增加,其生物富集系数(BCF)和转运系数(TF)均大于1.0,BCF值在5 mg·kg^-1Cd处理时达到最大值,其对Cd具有较强的富集能力,TF值在100 mg·kg^-1Cd处理时显著升高,且达到最大值(7.37),其对Cd具有较强的转运能力;100 mg·kg^-1Cd处理下,圆叶锦葵根、茎、叶组织中Cd>100 mg·kg^-1DW。综上,圆叶锦葵对Cd具有较强的光合耐性和超富集能力,是一种潜在的超富集植物。本研究结果为挖掘新的植物修复材料提供了理论依据。     

镉胁迫对不同基因型玉米生长和镉吸收分配的影响

为比较玉米不同类型及其基因型对重金属镉富集特性的差异,筛选出具有镉(Cd)低积累潜力的玉米品种,通过盆栽模拟试验,研究3种玉米类型(普通玉米、甜性玉米和糯性玉米)的6个基因型(掖单13、郑单-958、苏玉糯-2、沪玉糯-2、金珠蜜超甜和申甜-1)在镉中度污染胁迫(3 mg·kg^-1)与轻度污染胁迫(1 mg·kg^-1)下植株生长及镉吸收分配特征。结果表明,轻度镉胁迫(Cd1)能够促进所有玉米基因型的生长,而中度镉胁迫(Cd3)降低了掖单-13、苏玉糯-2和沪玉糯-2基因型的生物量,同一镉水平下植株的生物量表现为普通玉米>甜玉米>糯玉米。随着土壤镉含量的提高,镉在普通玉米基因型根中的分配量大于甜型玉米和糯型玉米,但同一镉水平下普通玉米茎、叶和籽粒中的镉含量显著低于甜性玉米和糯性玉米。参试6个玉米基因型中普通玉米郑单-958基因型对镉的生物富集和转运能力最小。依据我国食品中污染物限量标准(GB2762-2017)和饲料卫生标准(GB13078-2017),郑单-958基因型在土壤轻度镉污染(Cd1)下籽粒中镉含量为0.083 mg·kg^-1,未超过国家食品安全标准(≤0.1 mg·kg^-1),2个普通玉米基因型和2个甜玉米基因型籽粒中的镉含量在土壤中度(Cd3)、轻度(Cd1)镉污染下均未超过国家饲料卫生标准(≤0.5 mg·kg^-1)。本研究结果为中、轻度镉污染耕地进行玉米安全生产提供了理论依据。     

连作植烟土壤具有显著积累特征的两种酚酸的化感效应评价

为科学评价连作植烟土壤中具有显著积累特征的两种酚酸的化感效应,丰富现有连作障碍机理,以烤烟品种K326为试验材料,基于前期田间实测结果设置不同浓度梯度(间苯三酚:0.20、1.00、5.00 mg·kg^-1,对羟基苯甲酸0.02、0.10、0.50 mg·kg^-1)进行盆栽试验。结果表明,两种酚酸物质均显著抑制了烤烟种子萌发。间苯三酚抑制了幼苗根系的生长,且浓度越大抑制作用越强;对羟基苯甲酸对幼苗根系生长的影响表现出“低促高抑”的浓度效应。随着间苯三酚浓度的增加,叶片超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性呈上升趋势,而过氧化物酶(POD)活性呈下降趋势;随着对羟基苯甲酸浓度的增加,叶片SOD、CAT和POD活性均呈先升后降趋势。此外,两种酚酸物质均降低了烤烟幼苗叶片叶绿素含量,增加了丙二醛(MDA)含量。随着处理时间的延长,胁迫作用趋势相同。由此可知,间苯三酚和对羟基苯甲酸不同程度地抑制了烤烟幼苗的生长,且存在浓度效应。间苯三酚表现为抑制作用,浓度越高抑制作用越强;对羟基苯甲酸浓度≤0.10 mg·kg^-1时表现为促进作用,>0.10 mg·kg^-1时表现为抑制作用。对羟基苯甲酸较间苯三酚具有更强的生物毒性。本研究可以丰富植烟土壤连作障碍机理,为今后连作障碍调控提供理论依据。     

锶对菠菜幼苗生长、光合和抗氧化酶活性的影响

为探究锶对植物生长生理的影响,以菠菜幼苗为试验材料,研究不同浓度(0、0.1、0.5和2.5 mmol·L^-1)锶处理对菠菜幼苗的叶片鲜重、叶片锶浓度、光合指标和抗氧化酶活性的影响。结果表明,0.1 mmol·L^-1 SrCl₂处理对菠菜幼苗生长和各项生理指标均未产生明显影响,叶片锶浓度在35 mg·kg^-1左右。0.5 mmol·L^-1 SrCl₂处理对菠菜幼苗生长表现为先促进后抑制;处理20 d后,抗氧化酶活性明显上升,丙二醛(MDA)、净光合速率(Pn)和叶片鲜重相较于对照组分别增加了24%和降低了15%、10%,叶片锶浓度达到318.33 mg·kg^-1。2.5 mmol·L^-1 SrCl₂处理下,植株生长受到明显抑制,抗氧化酶系统的响应更为强烈,处理20 d后MDA增加了68%,Pn和叶片鲜重分别降低了30%和48%,叶片锶浓度达到857.51 mg·kg^-1。综上,低浓度锶处理对菠菜生长未产生明显影响,但随着锶处理浓度的增加和胁迫时间的延长,植物生长受到的胁迫作用加剧。本研究为明确锶对菠菜生长生理的调控机理提供了理论依据。     

离子液体[C3mim]BF4对小白菜幼苗抗氧化特性的影响

为探讨离子液体1-丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸([C₃mim]BF₄)对植物种子萌发、幼苗生长及生理生化的影响,采用水培法检测不同浓度(0、100、200、300、400、500 mg·L^-1)[C₃mim]BF₄条件下小白菜幼苗的生长状况、活性氧水平、抗氧化酶活性及相关抗氧化酶基因表达。结果表明,浓度高于400 mg·L^-1的[C₃mim]BF₄显著抑制种子萌发;500 mg·L^-1 [C₃mim]BF₄显著抑制幼苗生长。[C₃mim]BF₄处理使小白菜叶片活性氧$\mathop{{O}}_{2}^{{\mathop{}_{\ ·}^{-}}}$、H₂O₂)水平及丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)含量升高,且随着[C₃mim]BF₄浓度的增加均呈逐渐升高的趋势。[C₃mim]BF₄使小白菜叶片谷胱甘肽还原酶(GR)活性显著升高;浓度≤300 mg·L^-1的[C₃mim]BF₄对过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)生成有一定的促进作用,而浓度高于400 mg·L^-1 [C₃mim]BF₄处理显著抑制小白菜 APX活性,高于500 mg·L^-1 [C₃mim]BF₄处理显著抑制小白菜 CAT活性;100~500 mg·L^-1[C₃mim]BF₄处理显著抑制小白菜叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性,且各处理组的SOD活性均显著低于对照。400 mg·L^-1 [C₃mim]BF₄处理0~3 h,小白菜Gu/Zn-SOD和APX基因表达量升高,处理13 d时其SOD和APX基因表达量均显著低于对照;处理0~12 h时 CAT基因表达上调,处理24 h处理后CAT表达下调。本研究结果为揭示咪唑类离子液体毒性机理提供了理论依据。     

硒处理对薄壳山核桃幼苗生长的影响

为探究硒对薄壳山核桃幼苗生长的影响,利用不同浓度亚硒酸钠[0(CK)、0.5、5、10、20、40、80 μmol·L^-1]对薄壳山核桃幼苗进行处理,并测定相关生理指标。结果表明,低浓度硒对薄壳山核桃幼苗生长发育、生物量积累、酶活性均有促进作用,而高浓度硒抑制了幼苗生长、干物质的积累、酶活性、光合速率,且硒浓度越高,抑制作用越明显。80 μmol·L^-1 硒浓度处理后的根长较CK显著降低了55.36%(P<0.05),其他形态指标均无显著差异。硒处理显著提高了幼苗体内的硒含量,且根系>叶片。随着硒浓度的增加,叶、根内的硒含量呈先升高后降低的趋势,硒浓度≥0.5 μmol·L^-1时,其他处理均与CK存在显著差异。40 μmol·L^-1硒浓度处理下叶中的硒含量较CK显著增加了1 682倍,根中的硒含量提高了482倍。低硒浓度(≤10 μmol·L^-1)处理可以促进根中Mn²⁺、Mg²⁺含量和叶中的Zn²⁺含量的积累。当硒浓度≥5 μmol·L^-1时,会促进根中Zn²⁺含量的积累,硒浓度≥10 μmol·L^-1,促进茎中Mn²⁺含量的积累,其中在80 μmol·L^-1硒浓度处理下茎中Mn²⁺含量为CK的9.29倍。过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性随着硒浓度增加均呈先增后减的趋势,且在0.5 μmol·L^-1硒浓度处理下达到最高,明显高于CK,分别为1 698.63、1 912.28 U·mg prot^-1。综上,低浓度硒处理和施硒时间长短对幼苗光合作用影响不大,而高浓度硒处理会抑制光合作用。本研究结果为进一步揭示硒富集机理和硒的科学使用提供了理论依据。     

土壤pH值与镉含量对水稻产量和不同器官镉累积的影响

为探明水稻产量与镉积累分配对土壤pH值和镉含量的响应,以3个籽粒Cd含量差异明显的晚稻品种(天优华占,TY;星2号,X2;湘晚籼13号,XW)为试验材料,分别于不同pH值稻田研究土壤镉(Cd)含量对水稻产量和不同器官Cd累积的影响,并比较了品种间差异。结果表明,水稻产量因土壤pH值下降而下降,且品种间降幅差异明显,以X2最大(21.72%33.81%),XW最小(3.05%17.71%);添加0.5 mg·kg^-1Cd时水稻减产不显著,但添加1.0 mg·kg^-1Cd时各品种均显著减产,且其降幅与品种和土壤pH值有关,X2和XW在酸化条件下降幅较大,而TY在正常pH条件下降幅较大。植株(整株)Cd含量存在品种间差异,各品种植株Cd含量均随着土壤Cd浓度的提高与土壤pH值的下降而显著提高,且植株Cd含量峰值因土壤酸化而提前。水稻器官间Cd含量依次表现根>茎>穗>叶,各器官Cd含量均随着土壤Cd浓度提高而显著增大,但增大倍数存在器官间差异;品种间器官Cd含量差异明显,营养器官表现为X2>TY>XW,而稻穗表现为TY>X2>XW。水稻各器官及全株Cd累积量均随着土壤Cd浓度提高和土壤pH值降低而显著增大,成熟期累积量表现为茎>穗>根>叶;品种间Cd累积量差异明显,营养器官和整株Cd累积量表现为X2>XW>TY,而穗Cd累积量表现为TY>X2>XW。Cd分配比例一般以茎为最高,叶最低,土壤酸化使茎、叶所占比例增大,根、穗所占比例降低;品种间Cd分配比例存在一定差异,穗Cd所占比例表现为TY>X2>XW。可见,水稻产量与器官间Cd累积分配规律受到土壤Cd含量和pH值的影响显著,同时也具有明显的品种间差异。本研究为不同水稻品种在不同pH值与Cd含量稻田上的应用提供了理论依据。     

陇薯系列高淀粉马铃薯品种的淀粉产量及品质性状综合评价

为了评价高淀粉马铃薯品种的综合品质性状,本研究以甘肃省农业科学院育成的15个马铃薯品种(系)为参试材料,2011-2018年连续8年定点田间试验,测定了块茎产量、营养品质(干物质、淀粉、维生素C、粗蛋白)含量和矿物质元素(钾、钙、铁、锌)含量。结果表明,参试材料的块茎产量和营养品质含量均存在显著的基因型、环境及基因型与环境的互作效应,其中块茎产量、淀粉产量、干物质含量、淀粉含量性状的基因型效应大于环境效应,而营养品质中的维生素C、粗蛋白和还原糖含量的环境效应大于基因型效应。参试材料的块茎产量24 549~50 140 kg·hm^-2,淀粉产量4 271~9 298 kg·hm^-2,干物质含量21.07%~30.18%,淀粉含量14.63%~21.83%,维生素C含量12.20~18.95 mg·100g^-1,粗蛋白含量2.17%~2.71%,还原糖含量0.18%~0.43%,钾含量4 316~5 368 mg·kg^-1,钙含量85.10~138.40 mg·kg^-1,铁含量10.17~24.50 mg·kg^-1,锌含量2.45~3.80 mg·kg^-1。大西洋的衍生品种陇薯8号、陇薯9号、陇薯12号、陇薯14号、L0527-2、L08104-12、LZ111和L1149-2淀粉含量均超过18%,其中,L1149-2总体表现优异,其平均块茎产量50 140 kg·hm^-2、淀粉产量9 298 kg·hm^-2、干物质含量26.75%、淀粉含量19.30%、维生素C含量14.62 mg·100g^-1、粗蛋白含量2.52%、还原糖含量0.28%、钾含量5 297 mg·kg^-1、钙含量138.40 mg·kg^-1、铁含量20.40 mg·kg^-1、锌含量3.20 mg·kg^-1;而陇薯5号淀粉产量及营养品质较差。本研究为合理利用陇薯系列高淀粉马铃薯品种提供了科学依据,对改良高淀粉马铃薯品种产量和品质具有指导意义。     

几种环境因子对微拟球藻营养物质积累的影响

为探究光强、光质、氮、磷四种环境因子对微拟球藻营养物质积累的影响,设计以下试验:光强试验设置光强梯度为20、80、140和200 μmol photons·m^-2·s^-1;光质试验依照RGB原理,调节红、蓝、绿光比例分别为100%、50%、0%;氮浓度试验设置氮浓度梯度为55.40、13.85、3.46、1.73 mg·L^-1;磷浓度试验设置磷浓度梯度为8.96、2.24、0.56、0.28 mg·L^-1,统一初始接种密度并测定25 d时脂肪酸及色素组成、蛋白及可溶性糖浓度。结果显示,蛋白和可溶性糖浓度随着光强的增大而增大;200 μmol photons·m^-2·s^-1 光强下微拟球藻生长速率最快、生物量最高,且蛋白(5.17 mg·mL^-1)和可溶性糖(2.40 mg·mL^-1) 浓度最大;20 μmol photons·m^-2·s^-1光强下叶绿素a比例最大。光质试验表明,红光对于微拟球藻可溶性糖积累和生长有一定促进作用,其余光质比例对其生长无显著影响,绿光有利于β-胡萝卜素积累,但纯绿光显著抑制蛋白合成。氮浓度为55.40 mg·L^-1时微拟球藻不饱和脂肪酸和二十碳五烯酸占比均达到最大,分别为68.23%和20.50%,且随着氮浓度降低,微拟球藻生长速率、蛋白及还原糖含量均显著降低。同样,随着磷浓度降低,微拟球藻生长速率和蛋白含量均显著下降,磷浓度为2.24 mg·L^-1时更适宜积累可溶性糖。本研究可为微拟球藻在不同环境因子下的营养优化培养提供理论支撑,具有一定的应用意义和经济价值。     

欧洲缬草不定根悬浮培养及其有效成分的测定

为高效生产欧洲缬草有效成分,通过分析培养基pH值、碳源、糖浓度、盐浓度、总氮(N)浓度、总磷(P)浓度等因素对其不定根悬浮培养生长的影响,确定欧洲缬草不定根悬浮培养的适宜条件,并测定在该培养条件下不定根的生长状况,同时比较正常不定根、褐化不定根、无菌苗根中缬草三酯、乙酰缬草三酯和缬草烯酸3种有效成分的含量。结果表明,欧洲缬草不定根的最佳培养条件为2倍大量元素浓度、48.46 mmol·L^-1总N浓度、1.5 mmol·L^-1总P浓度的RCM培养基,添加40 g·L^-1蔗糖、0.5 mg·L^-1 萘乙酸(NAA),pH值5.7,温度25±2℃,转速100 r·min^-1暗培养,28 d后收获。最佳培养条件下的欧洲缬草正常不定根中缬草三酯、乙酰缬草三酯、缬草烯酸的含量均最高,分别为7.222、0.355、4.016 mg·g^-1,褐化不定根中成分含量显著降低,无菌苗根中成分含量最低。本研究结果可为欧洲缬草不定根及其有效成分的规模化生产提供参考。     

马来甜龙竹种胚培养增殖芽芽尖再生体系建立

为建立马来甜龙竹高效稳定的再生体系,本研究以马来甜龙竹种胚培养增殖芽的芽尖为试验材料,研究不同植物激素、有机添加物以及弱光处理对其再生体系建立的影响。结果表明,马来甜龙竹芽尖愈伤组织诱导较适宜培养基为添加0.5~1.0 mg·L^-1 NAA和3 mg·L^-1 2,4-D的MS培养基,致密颗粒状愈伤组织诱导率达61.7%;较适宜的分化培养基为添加1 mg·L^-1 6-BA、1 mg·L^-1 KT和0.25 mg·L^-1 NAA的MS培养基,10 μmol·m^-2·s^-1弱光处理6 d,分化率达46.67%,再生苗伸长生长良好;较适宜的生根培养基为添加3 mg·L^-1 IBA的1/2 MS培养基,生根率为55%,根较粗,其中部分根长有侧根。试管苗移植到混合基质中,成活率为83.33%。本研究初步建立了马来甜龙竹种胚培养增殖芽芽尖再生体系,为马来甜龙竹遗传转化体系的研究和应用奠定了基础。     

乙酰水杨酸对三角褐指藻岩藻黄质含量的影响及其分子机理研究

为了研究不同浓度乙酰水杨酸(ASA)对三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum Bohlin)细胞生长、岩藻黄质积累及岩藻黄质生物合成相关基因的表达水平的影响,通过分光光度计、高效液相色谱(HPLC)以及荧光定量PCR测定不同浓度ASA处理后的三角褐指藻的各项指标。结果表明,三角褐指藻的生长和岩藻黄质积累与ASA浓度密切相关。一定浓度的ASA抑制了三角褐指藻的细胞数量;岩藻黄质含量也随着ASA浓度的升高呈现先上升后下降的趋势,当ASA浓度为10 mg·L^-1时,岩藻黄质含量最高,达1.78 g·kg^-1 DW,为对照组的1.9倍。在不同浓度ASA诱导下,与岩藻黄质生物合成途径有关的PSY、PDS、ZDS、CRTISO、LCYB和ZEP基因表达均上调,当ASA浓度为10 mg·L^-1时,相关基因的表达量极显著高于对照组(P<0.01)。主成分分析(PCA)结果表明,PSY、PDS、ZDS、CRTISO、LCYB和ZEP基因与岩藻黄质积累具有相关性,其中,ZEP基因对岩藻黄质生物合成贡献率最高。综上,适当浓度的ASA不仅提高了岩藻黄质合成途径中相关基因的表达水平,而且促进了岩藻黄质的积累。本研究结果为进一步深入研究三角褐指藻中岩藻黄质合成的分子机制奠定了理论基础。     

5个蓖麻品种对土壤中镉富集的差异

为了评价能源作物蓖麻对污染农田中重金属镉(Cd)的富集修复能力,本研究以5个蓖麻品种为试验材料,通过大田试验对比了不同蓖麻品种在Cd污染农田中的生长情况、对Cd的富集和转运能力以及对Cd污染土壤的修复能力。结果表明,5个蓖麻品种在Cd污染农田中生长良好,其中滇蓖2号的株高、茎粗及单株产量显著高于其他品种,分别为440.78 cm、5.04 cm以及338.85 g。5个蓖麻品种根、茎、叶及果实的Cd含量、Cd积累量和富集系数均存在显著差异,其中经作蓖麻1号根、茎和果实的Cd含量最高,分别为1.40、1.14和0.33 mg·kg^-1。污染修复能力方面,滇蓖2号Cd的积累量达3.38 mg/株,提取率为5.34%,显著高于其他品种。经作蓖麻1号尽管富集能力最强,但由于其生物量最小,其Cd积累量及年提取效率均最低。综上可知,蓖麻对土壤中重金属Cd的富集能力较强,可用于修复云南个旧地区的Cd污染土壤,且种植滇蓖2号可以获得较好的修复效果。本研究结果为云南Cd污染土壤治理提供了理论基础和参考依据。