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1、精品本科生毕业论文毕业论文题目 铬（Cr6+）的根系吸收及其对玉米幼苗生长的影响 学 生 姓 名 所 在 学 院 环境科学与工程 专 业 及 班 级 农业资源与环境 0801 指 导 教 师 完 成 日 期 2012 年 5 月 10 日 精品摘要通过水培方法，研究了Cr6+的根系吸收特征及其对玉米幼苗生长的影响。结果表明，玉米中Cr6+含量随溶液中Cr6+浓度的增加而增加，根中Cr6+含量明显高于茎叶中的Cr6+含量。Cr6+对植物生长的影响表现为“低促高抑”。低浓度Cr6+（5 mg/L时，皱叶留兰香株高、叶面积、产量及叶绿素a/b比值随着Cr6+浓度的升高而明显下降。植株体内细胞膜透性和
2、MDA含量随着Cr6+处理浓度的增加而逐渐增大。SOD活性随Cr6+浓度增到50 mg/L时上升，达到峰值后下降；POD活性随Cr6+浓度的增加而下降。孙游云13以水仙为实验材料进行水培试验，研究六价铬对植物体生长生理的影响。发现随着水溶液中六价铬浓度的提高，叶子及根系的生长量减小，收获量降低。六价铬浓度越高,受害症状越明显，水仙叶子极度弯曲细小，生长迟缓，根系极短且根系颜色变褐。从叶子切片照片看，叶子叶肉细胞只有近表层处的细胞含叶绿素，其余叶肉细胞叶绿素被破坏丧失13、14。精品1.4 Cr6+对植物体内叶绿素含量的影响植物体内叶绿素含量的高低与光合作用水平的强弱密切相关。Cr6+污染普遍使
3、作物及蔬菜叶绿素含量降低10-18。Van Assche F等19认为是由于重金属离子抑制原叶绿素酸酯还原酶活性引起的。徐勤松等20认为Cr6+毒害使叶绿体膨胀、类囊体排列紊乱、被膜消失和叶绿体解体,导致叶绿素含量下降,最终严重影响植物光合作用的正常进行。陈庆华11 、王玉林等12认为Cr6+导致叶绿素含量下降，可能是由于铬与相关酶作用，抑制叶绿素前体的合成，促进叶绿素分解，或直接破坏叶绿体结构，从而降低叶绿素含量。孙游云13从叶子切片照片看，叶子叶肉细胞只有近表层处的细胞含叶绿素，其余叶肉细胞叶绿素被破坏丧失，由此推断铬能破坏叶绿素，阻止植物的光合作用。1.5 Cr6+对植物根系生长的影响有
4、研究21表明，Cr6+胁迫影响小麦幼苗根系生长，5 mg/L的Cr6+显著或极显著降低幼苗根长、根数及根系鲜重、干重。对完整的植物根系进行系统分析并非一件轻而易举的事。近年来随着国内外对植物根系方面研究的增多，植物根系的研究方法也取得了长足的进展。现代根系分析系统的基本原理是将扫描系统与图形分析软件结合起来，利用图象分析软件对扫描的根系图象进行分析，计算出根系长度、表面积体积、根系数量等指标，这也是进行根系研究用得最多的方法和技术。目前应用较多的有英国的DTSCAN根系分析系统，加拿大的Regent WinRHIZO根系分析系统以及美国Bartz公司的BTC100X根系生长动态监测分析系统等。
5、此外，计算机视觉技术在植物根系形态研究中的应用，基于地理信息系统的分析以及虚拟植物根系生长模型的分析等方法均为根系分析提供了新的途径。精品2.前言Cr6+对种子萌发和幼苗生长的影响，前人的研究结果不一致。一部分人2-4认为，Cr6+对作物产生“低促高抑”作用，当 Cr6+浓度为 5mg/L 时，可以促进玉米种子的萌发，提高玉米的发芽势和发芽率，促进玉米芽与幼根的生长，而高浓度的 Cr6+不利于玉米萌发和生长；当 Cr6+浓度为 3-10mg/L 时可促进小麦芽、根的生长和生物量的提高，增加种子的发芽指数和活力指数，但是随着 Cr6+浓度的增加，对小麦的生长的促进作用逐渐转为抑制作用；高浓度的
6、Cr6+胁迫对油菜种子活力产生极大的毒害作用，高浓度Cr6+的抑制作用还表现为根、茎明显变短，幼苗失去向上生长趋势，根系萎缩腐烂，甚至不形成根。周成5的试验结果也表明，低浓度的铬 Cr6+能促进小麦和玉米的发芽生长，而高浓度的铬 Cr6+则抑制小麦和玉米的发芽生长，只是铬 Cr6+对小麦和玉米产生的这种“低促高抑”作用的浓度水平不同。另一种观点10-11认为，Cr6+对植物根部、地上部分鲜重和干重以及株高都具有明显的抑制作用。认为 Cr6+的毒害导致体内保护酶活性受到抑制，膜系统受到伤害，从而影响水稻幼苗生长。关于铬对植物体内叶绿素含量的影响，已有的研究普遍认为，Cr6+污染使作物及蔬菜叶绿素
7、含量降低10-18，但降低的原因不一致。为进一步明确 Cr6+对植物生长产生的影响，本研究以玉米作为试验材料，采用溶液培养方法考察 Cr6+对玉米幼苗根系形态及幼苗生长的影响，旨在为研究 Cr6+影响作物生长的生理生化过程的机理提供理论依据，为铬污染条件下的作物生产提供参考。精品3.材料与方法3.1 试验材料玉米幼苗：苏玉 20 玉米种子浸泡半天后先置于 25培养箱催芽，发芽后转入霍格兰营养液中生长。间歇通气 20 min/h。霍格兰营养液：营养液组成为（mmol/L）：Ca(NO3)2 2.0、KNO3 0.5、KH2PO4 0.5、MgSO4 1.0、H3BO3 4.610-2、CuSO4
8、 3.210-4、MnCl2 910-3、ZnSO4 7.610-4、(NH4)6Mo7O24 7.110-4、EDTA- Fe 210-2。水培容器：直径 20 cm、高 48 cm 的塑料圆桶，桶上有带七个孔的同质塑料圆盖。3.2 试验设计试验采用单因素随机区组设计，设重铬酸钾 Cr6+浓度 0（CK）、0.25、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0mg/L8 个水平。将玉米长至一叶一心时的幼苗移栽到水培容器中，每盆七株苗。间歇通气 20 min/h。试验重复进行过二次，一次是 2011 年 5 月，因为只做了铬 Cr6+吸收曲线及少量的生物学指标，所以 2012 年 5 月
9、重复做了一次。二次试验结果一致，本文所采用的数据为第二次试验结果（Cr6+吸收曲线为第一次试验结果）。3.3 分析测定项目玉米幼苗在不同 Cr6+浓度的营养液中处理 10 天后进行进行分析，测定项目如下：（1）生物量（包括地上和地下部生物量）鲜重称重法。（2）根系各项指标用根系分析系统（WinRhizo Regent Instruments，Canada）分析，测定指标包括根长、根表面积、根体积、根尖数等。（3）叶绿素含量用叶绿素计测定心叶下二张成长叶的平均 SPAD 值。（4）营养液中Cr6+测定火焰原子吸收分光光度法。（5）玉米幼苗铬分析测定：干灰化，原子吸收分光光度法。精品4.结果与分析
10、4.1 Cr6+条件下吸收动力学曲线特征分析Cr6+处理10天后玉米中Cr6+的含量（吸收速率）随溶液中Cr6+浓度的增加而增加，符合Michaelich-Menten模拟曲线方程f = Bmax*abs(x)/(Kd + abs(x)（图1）。按照Michaelis-Menten方程的Hofstee转换式处理数据，得到不同浓度Cr6+处理玉米的最大吸收速率(Vmax)和米氏常数(Kd)(表1)。Kd为米氏常数，在吸收曲线中表征离子载体与离子的亲和力，Kd值越大，亲和力越小。分析方程参数表明，根中Cr6+的Vmax( 3557mg/kg干重)明显高于地上部的Vmax( 63mg/kg干重)，前
11、者是后者的56倍，说明Cr6+在玉米体内转移能力比较差，根吸收的铬绝大部分积累在根中。Cr (mg/L)0246810Cr上 上 (mg/kg)050010001500200025003000上 上 上上 上 上 图1 玉米Cr6+吸收动力学曲线表1 玉米幼苗不同部分Cr6+吸收动力学参数玉米部位VmaxKdR2 根3557.02.880.9892 茎叶63.39.010.9826 幼苗876.03.380.9864精品4.2 Cr6+对玉米幼苗根系形态发育的影响不同Cr6+浓度处理10天后，玉米幼苗根系形态发生了明显的差异（图1），低浓度Cr6+（1.7500.00 323.5 34.3 1
12、06.0 61.4 41.8 41.1 13.7 6.5 18.4 0.25 510.8 85.4 216.7 59.8 55.2 49.8 13.9 7.4 22.5 0.50 417.7 69.5 143.3 68.5 68.2 31.0 11.7 7.6 17.4 1.00 246.2 26.0 65.3 45.7 48.7 19.5 12.8 6.3 21.7 2.00 158.6 19.3 36.5 24.0 22.2 15.7 12.5 6.5 21.6 5.00 128.9 18.3 26.8 15.7 22.2 10.9 9.1 4.7 21.1 10.00 125.8 12.
13、0 29.8 19.9 16.4 11.1 11.4 5.7 19.6 20.00 115.5 12.4 19.1 14.0 26.9 14.5 9.7 6.1 12.6 4.4 Cr6+对玉米幼苗生长和叶绿素含量的影响结果表明，低浓度Cr6+（1.00mg/L）能促进玉米幼苗生长（图7），当Cr6+浓度在0.25mg/L左右时，玉米幼苗鲜重（包括根重、茎叶重）最大，与对照相比，差异极显著。随着Cr6+浓度的增加，玉米幼苗生物量开始下降，当Cr6+浓度增加到2mg/L时，出现中毒症状（类似盐胁迫症状），在日照比较强的环境下，叶片萎蔫卷曲甚至死亡。在没有阳光直射的条件下，症状相对减轻，但仍表现为
14、叶片软弱，而后逐渐从叶缘开始枯黄。叶绿素是植物进行光合作用的色素，其含量高低在一定程度上可以反映光合作用水平。本试验结果表明，所有Cr6+处理玉米幼苗叶绿素含量较不添加Cr6+的对照均有所下降（表3），通过与不加Cr6+的对照比较可以明显看出，低浓度因生物量的增加造成的稀释作用使得这种“缺铁”症状尤为明显。叶片脉间失绿，严重时心叶完全黄化（类似缺铁症状）。 精品eDdeDcdCDcdCDbCBbABaA bBCdDdDcCDcCDbBbBaAbcBCgEfgDEefCDEdeCDbCBbBaAbcdBC0.001.002.003.004.005.006.000.000.250.501.002.
15、005.0010.0020.00Cr6+(mg/L)鲜重(g/株)根重/株茎叶重/株总重/株图7 不同浓度Cr6+处理对玉米幼苗鲜重的影响表3 Cr6+处理对玉米叶片叶绿素含量的影响Cr6+(mg/L)SPAD 值0.00 23.0 0.25 15.0 0.50 7.2 1.00 12.6 2.00 17.8 5.00 17.8 10.00 20.0 20.00 19.8精品5.小结和讨论通过水培方法研究了 Cr6+的根系吸收特征及其对玉米幼苗生长的影响。结果表明，不同浓度 Cr6+处理 10 天后，玉米中 Cr6+含量随溶液中 Cr6+浓度的增加而增加，符合Michaelich-Menten 模拟曲线方程。根中 Cr6+含量明显高于茎叶中的 Cr6+含量，说明Cr6+在玉米体内转移能力比较差，根吸收的铬绝大部分积累在根中。关于 Cr6+对植物生长的影响，前人的研究结果不尽相同。本研究结果表明，即Cr6+对植物生长的影响表现为“低促高抑” ，低浓度 Cr6+（1.00mg/L）促进玉米根系形态发育，细根（根毛）多有利于
