硫營養(yǎng)對環(huán)境脅迫下作物一些生理特性的影響.pdf

1、隨著經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展，保護環(huán)境及污染治理已引起全社會的高度重視。由于重金屬的排放對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人類食品安全可產(chǎn)生嚴重的影響，所以針對重金屬元素的污染治理已成為廣泛關(guān)注的社會問題。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，銅和鋅既是植物生長發(fā)育所必需的微量元素，同時過量的銅和鋅也將對作物產(chǎn)生嚴重的危害，并由此引發(fā)一系列食品安全問題。人們在重金屬污染與作物生長的關(guān)系方面已開展了廣泛深入的研究，為銅、鋅污染的防治奠定了重要的理論基礎(chǔ)。然而，針對土壤重金屬污染的治理和

2、土壤修復(fù)依然是當今重要的研究方向。如何減少污染土壤中重金屬對作物的影響，特別是結(jié)合區(qū)域環(huán)境條件下的土壤污染修復(fù)，已成為目前農(nóng)業(yè)環(huán)境保護領(lǐng)域的研究熱點。 氣候干旱及水資源短缺是限制西北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素之一。加之工業(yè)污染物向地表水體的不合理排放，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)灌溉水污染及農(nóng)田中重金屬污染物的蓄積，加劇了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的風險。因此，探討解決干旱地區(qū)污染治理的途徑，充分利用有限的土地資源，是當務(wù)之急的課題。提高作物自身的抗逆性是降低環(huán)境脅迫對

3、作物危害的重要途徑之。硫素作為作物所必需的營養(yǎng)元素，在作物的生長代謝過程中起著許多重要的作用。已有的研究顯示，硫素能促進作物體內(nèi)含硫化合物的代謝，對植物體內(nèi)光合色素的合成、酶活性及蛋白質(zhì)的合成與代謝具有重要意義。硫營養(yǎng)可以調(diào)控一些通道蛋白的功能，對諸如水分和無機營養(yǎng)離子的跨膜轉(zhuǎn)運同樣具有重要的作用。在重金屬脅迫下，植物體內(nèi)的有機硫化合物對抵御環(huán)境污染物也具有顯著的功效。因此，研究硫素對作物在逆境環(huán)境下的生理指標的影響，對揭示植物營養(yǎng)的生

4、理學機理具有重要的理論意義，同時對指導(dǎo)旱地農(nóng)田合理的水肥調(diào)控具有重要的應(yīng)用價值。 本研究以玉米、小麥為材料，通過水培和盆栽試驗，探討了干旱脅迫與重金屬脅迫條件下硫營養(yǎng)對作物葉綠素含量、葉綠素熒光動力學參數(shù)、植物組織的過氧化物傷害及作物生物量等生理指標的影響。研究取得以下主要結(jié)果： 1．與對照植株相比，增加硫營養(yǎng)供應(yīng)對提高葉片中葉綠素含量具有非常重要的作用。在水培試驗中，隨著營養(yǎng)液中硫濃度的增加，玉米功能葉片中葉綠素(SP

5、AD值)有明顯的提高。硫營養(yǎng)不僅在干旱脅迫條件下具有顯著增強作物抗旱性的能力，而且對重金屬Zn脅迫時具有抵御污染物傷害的能力。Zn濃度在250 mg/L及水分脅迫強度為-0.3MPa時，無硫(S<,0>)和1/2硫水平(S<,1/2>)下葉綠素含量變化接近，都表現(xiàn)為隨著脅迫時間增加SPAD值有明顯降低，而正常供硫(S<,1>)與高硫濃度(S<,2>)處理隨著脅迫時間增加葉綠素含量變化緩慢，可顯著抑制葉綠素含量下降。由植株生物量變化看出，

6、隨著培養(yǎng)液硫濃度增加，在 CK、重金屬Zn處理及干旱處理中地上部生物量均表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。在S<,0>及S<,1/2>時，不同處理地上部生物量之間變化顯著，表現(xiàn)為：CK>Zn處理> 干旱處理>> Zn+干旱處理，而在S<,1>和S<,2>時，CK、Zn處理及干旱處理之間的差異減小，而對Zn+干旱處理依然表現(xiàn)出遠遠低于其他處理的現(xiàn)象，表明盡管硫營養(yǎng)在適度的重金屬Zn及干旱脅迫時具有一定的調(diào)控作用，但對嚴重的環(huán)境脅迫(Zn+干旱處理)

7、已失去調(diào)節(jié)能力。在S<,0>及S<,1/2>時，不同處理之間根系生物量變化亦表現(xiàn)為：CK>Zn處理> 干旱處理> Zn+ 干旱處理，2 種硫濃度之間沒有顯著差異；而在S<,1>和S<,2>處理時，CK 的根系生物量略有降低，表明硫營養(yǎng)供應(yīng)有可能提高植物根系的養(yǎng)分吸收，使得營養(yǎng)更多的用于地上部分的生長：而對重金屬Zn、干旱脅迫及Zn+干旱脅迫處理，硫營養(yǎng)則具有促進根系生長的作用，表現(xiàn)為根系重量有顯著增加，以抵御環(huán)境脅迫對植物的傷害。 2．

8、由小麥盆栽試驗看出，在模擬三級農(nóng)田重金屬污染(400 mg/kg Cu 及 500 mg/kgZn) 時，供硫處理的小麥葉片SPAD值顯著高于不施硫的處理。在自然漸進干旱過程中，都將導(dǎo)致SPAD值降低，但供硫處理的SPAD值明顯較不施硫處理下降緩慢，表明硫營養(yǎng)在干旱脅迫條件下具有顯著的增強作物抗旱性的能力，以及在重金屬Cu，Zn脅迫時具有抵御污染物傷害的能力。在Cu污染環(huán)境下，增加硫素供應(yīng)可顯著增加根系的生物量，同時也顯著增加了小麥地上

9、部分的生長，表明了硫營養(yǎng)在抵御重金屬Cu脅迫中具有非常重要的作用。另外，Zn對小麥根系生長的影響不明顯，在水分及硫水平不同時，其根系生物量變化不大。但是，對施硫肥處理卻能夠明顯地增加小麥地上部分的生長。同樣也表現(xiàn)出硫營養(yǎng)的作用。 3．硫營養(yǎng)可降低小麥組織中的MDA含量。在水培試驗中，Cu脅迫可使小麥葉片中MDA含量顯著增加，4種硫處理的增加速率大體相同，但不同硫處理中MDA初始濃度有差異，S<,>0和 S<,1/2>處理的含量明

10、顯高于S<,1>及S<,2>處理。在水分脅迫過程中，S<,1>及S<,2>處理的變化不大，而S<,0>和S<,1/2>處理的MDA含量則持續(xù)增大，表明硫營養(yǎng)對水分脅迫的抵御作用十分明顯。在復(fù)水過程中，4種硫處理的MDA含量均迅速降低，48h后基本恢復(fù)到銅脅迫前的初始水平，表明環(huán)境脅迫解除后作物具有較好的恢復(fù)能力。環(huán)境脅迫對根系MDA含量的影響與莖葉部分有所不同，脅迫初始時4種硫處理的MDA含量相差不大，Cu脅迫可導(dǎo)致3種低濃度硫處理的M

11、DA迅速增大，S<,2>處理的增加則比較緩慢，增加幅度僅為其他處理的50％左右，說明高濃度硫?qū)Ω稻哂忻黠@的保護作用。在接著的水分脅迫過程中，MDA 含量幾乎沒有增加，說明本試驗的水分脅迫對根系的影響較小。在復(fù)水過程中，4種硫處理的MDA含量均迅速降低，24h后基本恢復(fù)到銅脅迫前的初始水平，表明環(huán)境脅迫解除后作物具有較好的恢復(fù)能力。由小麥盆栽試驗看出，干旱的影響是十分顯著的，而在模擬“三級農(nóng)田”的Cu與Zn污染條件下對MDA含量的影響有

12、限，干旱導(dǎo)致的MDA增加量明顯大于重金屬污染引起的MDA上升量。說明在土壤中重金屬的危害已得到一定程度的緩解，而干旱則成為主要的環(huán)境脅迫因素。 4．環(huán)境脅迫下硫營養(yǎng)對作物的葉綠素熒光參數(shù)也有顯著的影響。總體上看出，從Cu脅迫72h到水分脅迫72h的過程中，4種硫濃度處理的Fv/Fm都表現(xiàn)出下降趨勢。在Cu脅迫72h過程中，S<,0>和S<,1/2>處理降低較為迅速，而S<,1>和S<,2>處理的變化比較緩慢，表明硫營養(yǎng)對于Cu脅

13、迫下調(diào)節(jié)熒光參數(shù)Fv/Fm具有一定積極的作用。在接著的72h水分脅迫中，F(xiàn)v/Fm下降有加速的趨勢，表明干旱對Fv/Fm的變化有顯著的影響。復(fù)水可使Fv/Fm得到一定的恢復(fù)。在Cu脅迫過程中，S<,0>、S<,1/2>和S<,1>處理的ETR降低迅速，而S<,2>處理的變化比較緩慢。水分脅迫中，S<,1>和S<,2>處理的變化比S<,0>和S<,1/2>處理顯著減小，表明高硫營養(yǎng)對于干旱脅迫下調(diào)節(jié)熒光參數(shù)ETR具有一定的保護作用。復(fù)水可

14、使ETR得到一定的恢復(fù)，并且S<,1>和S2處理的恢復(fù)作用明顯大于S<,0>和S<,1/2>處理。在Cu脅迫下4種硫濃度處理的qP變化并不顯著，而不同硫水平之間則存在較大的差異，S<,2>和S<,1>處理的qP值顯著比S<,0>和S<,1/2>處理高。水分脅迫可導(dǎo)致qa的顯著降低。水分脅迫使得qP變小，證明從PS Ⅱ氧化側(cè)向PS Ⅱ反應(yīng)中心的電子流動受到抑制。S<,0>和S<,1/2>處理降低非常迅速，而S<,1>和S<,2>處理的變化

15、比較緩慢，說明干旱對qP的影響明顯大于Cu脅迫。復(fù)水處理后，4種硫濃度處理的qa均有明顯的增加，S<,2>和S<,1>處理可恢復(fù)到干旱前的水平，而S<,0>和S<,1/2>處理的恢復(fù)能力則較低，表明硫素對干旱后恢復(fù)能力有著重要的作用。Cu脅迫可使小麥幼苗葉片的qN P值有所增加，但不同硫處理之間的初始值有較大區(qū)別，S<,1>和S<,2>處理顯著大于S<,0>和S<,1/2>處理。干旱脅迫時，S<,1>和S<,2>處理qN P值均明顯升高