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《江南大学》 2018年
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稀土镧对大豆种群构件的影响研究

张帆  
【摘要】:稀土元素(rare earth elements,REEs)在工业、农业、军事等领域广泛应用,导致其环境生态风险日益增加。已有研究表明REEs对植物个体存在毒害作用,然而关于稀土在植物种群层级的影响尚未有研究。植物在自然状态下以种群形式存在,种群对逆境的响应与个体不同,故从种群层级揭示REEs对植物的影响能更客观评价REEs对植物的毒害效应及机制。鉴于此,以美国环境保护署推荐用于毒理学研究的经济作物大豆种群(Glycine max)为研究对象,选取一个具有代表性的REE镧[La(Ⅲ)]模拟REEs污染,研究不同浓度La(Ⅲ)对不同密度大豆种群构件(根、茎、叶)生长状态的影响,并从光合作用、叶绿素荧光参数以及各构件La含量变化角度来解释其影响机制。主要研究结果如下:(1)La(Ⅲ)对大豆种群构件生长的毒害效应:对于低密度种群(10株/盆),La(Ⅲ)(0.08、0.40和1.20 mmol·L~(-1))处理降低大豆种群根尖数、根体积、主茎长、茎粗、叶构件数、叶面积以及地上构件干重、地下构件干重,降幅随La(Ⅲ)浓度增大而增大,随La(Ⅲ)暴露时间的延长而增大。对于中、高密度种群(20、30和40株/盆),中、高浓度La(Ⅲ)(0.40和1.20 mmol·L~(-1))处理开始降低大豆种群上述构件生长指标,降幅随La(Ⅲ)浓度增大而增大,随La(Ⅲ)暴露时间的延长而增大,随种群密度增大而减小。相关性分析表明,La(Ⅲ)对大豆种群各构件生长的毒害效应源于各构件中La的累积。(2)La(Ⅲ)对大豆种群构件生长毒害效应机制之一:种群光合作用改变。对于低密度种群(10株/盆),La(Ⅲ)(0.08、0.40和1.20 mmol·L~(-1))处理降低大豆种群P_n、G_s、C_i、AQY与CE,降幅随La(Ⅲ)浓度增大而增大,随La(Ⅲ)暴露时间的延长而增大。对于中、高密度种群(20、30和40株/盆),中、高浓度La(Ⅲ)(0.40和1.20 mmol·L~(-1))处理开始降低大豆种群上述光合作用指标,降幅随La(Ⅲ)浓度增大而增大,随La(Ⅲ)暴露时间的延长而增大,随种群密度增大而减小。相关性分析表明La(Ⅲ)通过增加大豆种群构件中La含量降低光合作用而对种群构件生长产生毒害效应。(3)La(Ⅲ)对大豆种群构件生长毒害效应机制之二:种群叶绿素荧光参数改变。对于低密度种群(10株/盆),La(Ⅲ)(0.08、0.40和1.20 mmol·L~(-1))处理降低大豆种群C_(Chla)、C_(Chlb)、F_0、F_m、QY__(max)、QY__(Lss)、ETR、F_v/F_0、qL__(Lss)和NPQ__(Lss),降幅随La(Ⅲ)浓度增大而增大,随La(Ⅲ)暴露时间的延长而增大。对于中、高密度种群(20、30和40株/盆),中、高浓度La(Ⅲ)(0.40和1.20 mmol·L~(-1))处理开始降低大豆种群上述叶绿素荧光参数,降幅随La(Ⅲ)浓度增大而增大,随La(Ⅲ)暴露时间的延长而增大,随种群密度增大而减小。相关性分析表明显示La(Ⅲ)通过增加大豆种群构件中La含量影响叶绿素荧光参数从而降低光合作用,对种群构件生长产生毒害效应。综上所述可得如下结论:(1)La(Ⅲ)对大豆种群构件生长存在毒害效应,且毒害效应随着La(Ⅲ)浓度升高而加重。(2)La(Ⅲ)通过增加大豆种群构件中La含量干扰大豆种群叶绿素荧光反应、降低光合作用,从而对种群构件生长产生毒害效应。(3)La(Ⅲ)对大豆种群构件生长和光合作用以及叶绿素荧光参数影响程度表现为10株/盆20株/盆30株/盆40株/盆,即大豆种群密度的升高在一定程度上可缓解La(Ⅲ)对大豆种群的毒害效应。上述发现为深刻理解La(Ⅲ)污染对植物种群构件影响机制、科学评价农业土壤环境中La(Ⅲ)污染潜在环境生态风险提供借鉴。
【学位授予单位】:江南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X503.231

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