镉胁迫下不同镁水平对玉米幼苗生长的影响及生理机制的研究

镉(Cd)是毒性最强和农田受污染最普遍的重金属之一。调查研究表明,我国农田土壤Cd污染面积也比较大。土壤中的Cd具有很强的生物迁移性,土壤镉污染已对我国农产品的安全生产和人体健康构成潜在威胁。镁(Mg)是植物正常生长发育所必需的营养元素,对植物的光合作用和植物抗逆过程中发挥着重要作用,近年来的研究表明Mg可以减轻重金属对植物毒害作用,但关于镁是否能缓解镉对植物的毒害作用及其生理作用机制还不清楚。 本论文以玉米幼苗为材料,采用水培试验,从生物量、氧化胁迫、Cd在玉米体内的分布、矿质元素在玉米体内的变化、光合特性和荧光特性等角度研究了Cd对玉米幼苗生长和代谢的影响。主要研究结果如下： (1)Cd胁迫使玉米生物量降低,Cd含量显著提高,影响玉米对矿质元素的吸收和转运。缺Mg显著降低玉米地上部生物量,却明显提高Cd含量；高Mg水平能提高玉米地上部生物量,但同时也显著提高Cd含量。镁水平对镉胁迫下玉米矿质元素含量的影响因元素种类、植株部位及Mg离子浓度的不同而异。 (2)Cd胁迫降低了玉米叶片的叶绿素和类胡萝卜素含量,抑制了玉米的光合速率。缺Mg对叶绿素a和胡萝卜素含量影响不明显,却显著降低叶绿素b含量,明显提高a/b比值,而高Mg对叶绿素b含量和a/b比值影响不明显,但显著提高叶绿素a和类胡萝卜素含量,从而显著提高净光合速率(Pn),降低胞间C02浓度(Ci),而缺镁水平更抑制了Cd对玉米的光合能力,使Pn和Ci均显著降低,对蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)影响不明显。Mg水平对PsⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)影响不明显；但缺镁或过量Mg却使PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)明显提高,可以使光反应中心保持较高的活性。 (3)Cd胁迫下玉米体内抗氧化系统酶超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性显著提高,但过氧化物酶(POD)活性反而显著降低,丙二醛(MDA)含量增加,增加了植物细胞脂膜过氧化程度。缺镁水平降低了玉米叶片中SOD活性和AsA含量降低,抑制了玉米的抗氧化系统,而过量镁通过提高活性氧清除酶系统CAT活性和抗氧化物质GSH、AsA含量,减轻体内过多的Cd造成的膜脂过氧化伤害。