鉻脅迫對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)的影響及其生理機(jī)理.pdf

1、鉻(Cr)是廣泛運(yùn)用于現(xiàn)代工業(yè)中的重要金屬元素，但其工業(yè)廢渣排放到水體和土壤中，對(duì)動(dòng)植物健康造成極大的威脅。小麥?zhǔn)鞘澜缟戏N植面積最大、總產(chǎn)量最高的糧食作物，其產(chǎn)量和質(zhì)量安全與人類(lèi)糧食安全問(wèn)題息息相關(guān)。本研究以2種耐Cr性不同的小麥品種魯麥22(耐Cr品種)和周麥9號(hào)(Cr敏感品種)為材料，采用水培試驗(yàn)研究了小麥幼苗的形態(tài)特征、光合特性、碳氮代謝和抗氧化系統(tǒng)對(duì)Cr脅迫的響應(yīng)特征，并探究了小麥Cr吸收的機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:
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2、.小麥幼苗生長(zhǎng)對(duì)鉻脅迫響應(yīng)的基因型差異
　　Cr脅迫下，20個(gè)小麥品種幼苗的根系干重、地上部干重和植株干重顯著降低，抑制率存在顯著的基因型差異，小麥根系Cr含量顯著大于地上部，根系Cr含量、地上部Cr含量、根系與地上部Cr含量的比值存在顯著的基因型差異。通過(guò)主成分分析和相關(guān)分析，以地上部干重抑制率和地上部Cr含量為主要耐Cr篩選指標(biāo)，將20個(gè)小麥品種進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)，分為耐性型，中間型和敏感型品種。
　　2.小麥幼苗鉻耐性的基因

3、型差異及機(jī)理
　　Cr脅迫下，小麥的干物質(zhì)積累、根長(zhǎng)、根表面積、株高和葉面積受到顯著抑制，耐Cr品種魯麥22受抑程度較周麥9號(hào)小。小麥根系和地上部總Cr含量、細(xì)胞壁Cr含量及可溶性Cr含量均隨Cr濃度增加而升高，且根系遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地上部。魯麥22根系及地上部細(xì)胞壁Cr與總Cr含量的比值顯著高于周麥9號(hào)，而可溶性Cr與總Cr含量的比值顯著低于周麥9號(hào)。Cr處理顯著增加了小麥根系和葉片中植物螯合肽(PCs)的含量，且魯麥22增加的幅度顯著

4、高于周麥9號(hào)。Cr脅迫下質(zhì)膜NADPH氧化酶活性顯著上升，通過(guò)抑制劑處理發(fā)現(xiàn)，NADPH氧化酶抑制劑(DPI)導(dǎo)致根系O2·-和H2O2含量下降，SOD抑制劑(DDC)導(dǎo)致O2·下降，H2O2上升。質(zhì)外體中APX和共質(zhì)體中GR在Cr脅迫下顯著升高，表明質(zhì)外體中的APX和共質(zhì)體中的GR是清除小麥根系H2O2的關(guān)鍵酶類(lèi)。綜上，耐Cr品種具有更強(qiáng)的阻礙Cr向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的能力，并將更多的Cr分布于根系和地上部細(xì)胞壁中，減少了Cr跨膜進(jìn)入細(xì)胞，同

5、時(shí)合成更多的PCs和維持更高的抗氧化酶活性以減輕Cr毒害。
　　3.鉻脅迫對(duì)小麥幼苗光合特性和碳氮代謝的影響
　　Cr脅迫下，小麥葉片凈光合速率的下降受到氣孔因素和非氣孔因素的影響，葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度下降，光系統(tǒng)受到抑制，最終導(dǎo)致了凈光合速率下降，魯麥22下降程度比周麥9號(hào)輕。Cr脅迫下，魯麥22可溶性糖含量和蔗糖含量顯著高于周麥9號(hào)。小麥葉片中蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)在Cr脅迫下受到抑制，周麥9號(hào)受到

6、抑制程度更大。Cr脅迫降低了小麥葉片氮含量和Rubisco含量，周麥9號(hào)下降程度高于魯麥22，Cr脅迫下，魯麥22能維持更穩(wěn)定的碳氮比。因此，Cr脅迫降低了小麥光合能力，碳氮代謝受到抑制，影響植株生長(zhǎng)，耐性品種能維持更穩(wěn)定的光合速率，較強(qiáng)的碳氮平衡能力，同時(shí)合成更多滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以減輕Cr毒害，保證植株正常生長(zhǎng)。
　　4.小麥幼苗根系鉻吸收的調(diào)控
　　小麥對(duì)Cr的吸收速率隨著Cr濃度的增加而增加，吸收動(dòng)力曲線的飽和部分符合米氏

7、方程，周麥9號(hào)對(duì)Cr的吸收能力大于魯麥22。能量代謝抑制劑2，4-二硝基苯酚(DNP)、低溫處理(0℃)和Ca2+通道抑制劑(LaCl3)顯著降低了小麥根系Cr含量;K+通道抑制劑(TEA)對(duì)Cr吸收沒(méi)有顯著的影響，添加SO42-和PO42-對(duì)小麥根系Cr含量有顯著抑制作用，前期缺乏SO42-和PO42-顯著促進(jìn)了小麥根系Cr含量。綜上，小麥Cr吸收是一個(gè)主動(dòng)吸收過(guò)程，與Ca2+協(xié)同性吸收，與SO42-、PO42-競(jìng)爭(zhēng)性吸收。
　

8、　綜上所述，不同的小麥品種對(duì)Cr的耐性和吸收存在顯著的基因型差異，Cr脅迫下，小麥的正常生長(zhǎng)、光合活性受到抑制，體內(nèi)產(chǎn)生大量O2·-和H2O2，耐Cr品種通過(guò)細(xì)胞壁固定以及細(xì)胞內(nèi)合成大量植物螯合肽(PCs)減少進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的游離Cr，抗氧化酶活性顯著升高以清除活性氧，減輕Cr對(duì)小麥的毒害作用，同時(shí)維持較高的光合速率和更穩(wěn)定的碳氮平衡，緩解Cr對(duì)小麥生長(zhǎng)的抑制。小麥吸收Cr是一個(gè)主動(dòng)吸收的過(guò)程，與Ca2+協(xié)同性吸收，與SO42-、PO42-