河南农业大学.pdf
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1、 河南农业大学 硕士学位论文 铬胁迫对烤烟生理特性和品质的影响铬胁迫对烤烟生理特性和品质的影响 姓名:张华 申请学位级别:硕士 专业:农业推广作物生理生态 指导教师:马新明;吴明作 20060501 目 录 目 录 河南农业大学学位论文独创性声明、使用授权及知识产权归属承诺书 致谢 中文摘要 1 1.文献综述 2 2.引言 9 3.材料与方法 10 3.1 试验材料与设计 10 3.2 测定项目及方法 10 4.结果与分析 11 4.1Cr 胁迫对烟草生理生化指标的影响 11 4.2Cr 胁迫对烟叶化学成分的影响 16 4.3Cr 胁迫对烟叶品质的影响 17 4.4 铬在烟株中的富集规律 18
2、 5 结语与讨论 18 5.1Cr 胁迫与烟叶生理特性变化 18 5.2Cr 胁迫与烟叶化学成分变化 20 5.3Cr 在烟株内富集规律变化 20 参考文献 21 英文摘要 28 河南农业大学学位论文独创性声明、使用授权及知识产权归属承诺书学位论文题目铬胁迫对烤烟生理特性和品质的影响l lft级别硕士学生姓名张 华学科专业农业推广导师姓名马新明学位论文是否保密否如需保密,解密时间年月日 独创性声明 本人呈交论文是在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果,除了 文中特别加以 标注和致谢的 地方外,文中不包含其他人已 经发 表或撰写过的研究成果,也不包括为获得河南农业大学或其他教育机构的学位或证书
3、而使用过的材料,指导教师对此进行了审定。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在论文中做了明确的说明,并表示了谢意。特此声明。研 究 生 签 名:究 舜导 师 签 名:多 熟叻日 期:记 年 月 日日 期:幼年b 月乙日 学位论文使用授权及知识产权归属承诺 本人完全了 解河南农业大学关于保存、使用学位论文的规定,即学生必须按照学校要求提交学位论文的印 刷本和电 子版本;学校有权保存提交论文的印刷本和电 子版本,并提供目 录检索和阅览 服务,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人同意河南农业大学可以 用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的 全部或部分内 容。本人
4、完全了 解 河南农业大学知识产权保护办法的有关规定,在毕业离开河南农业大学后,就在校期间从事的科研工作发表的所有论文,第一署名单位为河南 农业大学,试验材料、原始数据、申 报的专利等知识产权均归河南农业大学所有,否则,承担相应的法律责任。注:保 密 学 位 论 文 在 解 密 后 适 用 于 本 授 权 书.殡井了、研究生签名:了 子 乙 年导师签名厂一u 个、确学院领导签名 权卜加 触 J日 期:x6 f-b 月b 日日 期:cs W 9 b 日日 期:年 月 日爵 誉;匣撬致谢 本文是在恩师马 新明 教授、吴明 作副教授悉心指导 下完成的。从论文的选题、试验设 计到论文的最后完成,都倾注了
5、 恩 师大量的 心血。在论文完成期间,恩师以 广博的知识、创新的思维、严谨负责的治学态 度、务实奉献忘我的工作精神和谦虚朴实的生活作 风教育和熏陶着学生,使我受 益匪浅,并对我的 工作、学习和生活产生了 重要影响。在此,特向 思师致以我最诚挚的敬意和最衷 心的感谢!本论文的完成过程中 还得到了 王小纯副教授的大力帮助和热 情指导,在此表示感谢。还要特别感谢李潮海教授、刘华山 教授、赵全志教授、杨青华副教授、王同朝教 授。感谢国际教育学院的各位领导 和同 仁给与找的支持;另外还要感谢河南农业大学 作物生长 发育调控重点实 验室各位老师的大力帮助。0 3级研究生张贵龙 为本篇论文做了大量工 作,0
6、 1 级 实习生为论文的完成作了部分田间和室内分析工作,在此一并致以真诚的感谢。最后特别感谢我的 家人,是他们 全力的 帮助,使我得以 全身心地投入学习和工作,保证了论文的 顺利完成;他们的 理解、支持和 鼓励是 我永 远的力量 源泉,向 他们表 示最崇高的 敬意和感谢。还要将此文献给我的女 儿,祝她健康成长。张华2 0 0 6 年5 月于郑州河南农业大学硕士学位论文1 中文摘要1中文摘要 为研究重金属铬(C r)污染对烤烟生理特性及生长发育的 影响,探讨烤烟在重金属 C r污染环境条件下的生存机理,分别在2 0 0 4.2 0 0 5 年采用盆栽方法,于河南农业大学科教园区 进行试验,较系统
7、地研究了土坡中铬污染 对烤烟营养器官生理生化特性和烤后烟叶化学成分的影响,探讨了 烤烟在重金属污染环境下的抗耐途径,结果表明:1.土坡中 添加C r 对烟草生理特性有明 显影响。随着土坡中C r 含量的增加,烟叶叶片叶绿素含量逐渐减小;叶绿素a/b 值无明显变化规律;S O D(超氧化物歧化酶)活性在C r 浓度小 于6 0 m g k g 时上 升,大于6 0 m g k g 后下降:P O D(过氧化 物酶)活性随 添加C r 浓度的 增加逐渐提高;N R(硝酸还原酶)活性随添加C r 浓度的 增加急 剧下降;烟草叶片脯氮酸(p r o)含量 随添加C r 浓度的增加,积累量降低;膜脂过氧
8、化产物1 1 D A 含量随 添加C r 浓度的增加呈线性增加,细胞质膜透性随添加C r 浓度的 增加逐渐扩大;根系活 力随添加C r 浓度的增加逐渐降低:根系A T P 酶活性随添加C r 浓度的 增加大幅下降。2.土坡中C r 胁迫对烟叶化学成分影响的 研究结果表明,随着C r 处理浓度的升高.淀粉含量的 变化基本上呈下降趋势:还原性糖含量在整 个处理中 变化无规律性,而可溶性箱含量变化规律 较明显,呈下降趋势:总氮含量随添加C r 浓度的 增加降低的幅度较小:烟碱含量随添加C r 浓度的 增加下降的幅度变大:氮离 子含量随添加C r 浓 度的增加急剧增加。烟叶中钾含量随 添加C r 浓度
9、的增加而降低。整体品质指标考虑,烟叶品 质还是下降的,由此可以说明 在重金属C r 的影响下不易 形成优质烟叶。3.C r 在烟株内富集规律的研究结果表明,在C r 污染下,烟株各器官中 对C r 富集量均随C r 处理浓度的加大而增加,烟株各器官中富集C r 的量以 根中最高,茎中次 之,叶中最低;经相关分析得出,根、茎和叶中富集C r 的量与C r 处理浓度均呈极显著正 相关,相关系数分别为。.9 9 8.0.9 8 6-和0.9 7 1 .C r 在烟 株不同 叶位中 富 集的 情 况,结果 表明C r 在下部叶中的富集量高于中部叶,中部叶又高于上部叶。因此,根据本文研究,土坡中C r
10、胁迫对烟草均能造成不同 程度的危害,在外观上还未能表 现出 危害症 状时,对烟草内 部一些生 理 生化 过程已 经 产生 严重影响,另 外,C r在烟草叶片中能大量富 集,并能随烟气进入吸烟者体内,必然会对吸烟者身心健康造成更为严重的危害,所以 受C r 污染的地区不宜作为无公害 优质烟叶生产基地,建议进行土壤修复合格后再考虑对其进行无公害优质烟叶生产基地开发.关键词:C r 胁迫 烤烟 生理特性 化学成分 生长发育河南农业大学硕士学位论文文献 综 述 1文献综述 随着工业化的发 展,现代工业给人类带来大量的物质财富的同时也 给人 类赖以 生存的 环 境带来了 严重的危害。重金属污染是环境污染
11、的重要方面。近年来,人类活动引起的重金属 向 土 坡 环 境 的 释 放 呈 加 剧 的 趋 势 O.n,这 种 人 为 因 素 造成 的 重 金 属 污 染 大 部 分 存 在 于 土 壤 表 面 t.,1,不 仅 对 植 物 具 毒 害 作 用 a.,而 且 还 可以 进 入 食 物 链,危 及 人 类 健 康 a.自1 9 3 5 年 日 本 发 生 骨 痛 病以 来,重 金 属 污 染 越 来 越 受 到人 们 的 重 视 L-W。因 此,研 究 作 物 对 重 金 属 污 染的生 理响应和适应 性一直是生 态学 研究的热点问题。土壤 一植物系统是陆 地生态系统最基 本的 结构单元,也
12、是生 态系统物质能 量循环的 枢纽。它既 是地球表面 最活跃的环境要素,又 是珍贵的可更新资 源。土壤圈 物质循 环研究是当今土壤学和环境科学的重要课 题,土峨 一植 物系统中重金 属污染物迁移转化则是这一 领域的 重要内 容。国际生物圈计 划(I BP)、人与 生物圈(M AB)以及目 前正在组织的国际 地圈生物圈计划(I GBP)都把土奥一植物系 统列 为主要研究 对象。由于该系统具有 转化贮存太阳 能量为生 物化学能的功能,在该系统中发生重金属污染,不但影响植物产量与品质,而且也影响大气和水环境质量,并通过食物链危害人类的生 命和健康。更为严重的是这 种污染具 有隐蔽 性、长期性和不可
13、逆性的 特点,因此对土壤 一植物系统重金属污染进行深 入的 研究尤为重 要。1.1 土壤重金属污染研究现状 土壤重 金属污染是由于污 泥的 施用 及污水灌溉所含有害物质超标所造 成的。污水中 工业废水占6 0%-8 0%,且成分复杂,都不同程度 地含有生 物难以降 解的 重金属等田。资 料表明,大部 分污灌区都没有根 据水质、土壤类型、水文地质条件、气候条件、作物种类等因素进行统 一 的 规 划 和 具 体的 设 计,也 没 有 根 据 污 灌 的 规 定 进 行 科 学 管 理 和 合 理 灌 溉 切。在 这 种 情况下导致土壤污 染是不可避免的.随着污水灌概面 积的不断扩 大冈,污灌区土坡
14、重金 属污染问题更成为人们 关注的焦点。1 9 8 2 年据农牧渔 业部统计,我国利用污水灌溉农田的 面积为1 3 98 6万h m,,其中有3 0%的土壤遭受不同 程度的重金属污染。全国污灌区中除福、汞外,重金属污 染比 较明显的还有铅、砷、铬和铜等c n 犯国污灌造成土坡锡污染的 地区 有沈阳张士灌区、兰州白银地区、桂林阳朔兴萍乡等地。就重金属对植物的 伤害机理而言,有许多 报道集中在重 金属引 起的膜脂过氧化和相 应抗氧化系统中酶活 性的 改变【,卜 周,重金属在细 胞内的 区域化,重金属对矿质元素吸收和 运转的干扰作用”卜 川,以及 重金属对原生质 钙平衡的 影响阴,综观前人研究成果,
15、重金属 对植物的伤 害 是 多 方 面 的,主 要 集 中 在以 下 几 个 方 面:(1)对 作 物 体 内 各 种 酶 的 生 理 生 化活 性 的 影 响 1 14 1,刘文彰(1 9 8 3年)认为 铜过剩导致棉花幼苗生长 受抑,酶活 性改变:孔样生(1 9 9 9)研究发现汞胁 迫能导 致小麦体内C A T 和淀 粉酶活性降低,M D A 含量上升,质膜透性加大,幼苗的生长受 到抑制,黄玉山等 认为:铬能诱导植物的自由 基过氧化损伤,导致植物体内的M A D 含量 和P O D 活 性均有显著的上升,C A T 和S O D 活性降 低,蛋白 质含量明 显下 降。胡 家恕等研究 砷对
16、大 豆种子伤害时也 得出了 类似的结论。(2)对生长发育及籽 粒品 质的影响.刘永厚 等(1 9 9 3 年)河南农业大学硕士学位论文【文献综述I 研究发现:铜胁迫能导致紫云英胚轴畸形,子 叶不能张开,根系生长受抑,植物最终因吸水 困难而死 亡,白 宝璋等(1 9 9 8年)认为锡胁 迫能抑制种子的萌发,且胚根比 胚芽 更为敏感,。一 淀粉酶比日 一 淀粉酶更为敏感,而肖 玲等研 究认为:砷胁迫能 显著 影响小 麦幼苗很长、芽 长、发芽率、根系活力和。一 淀粉酶活性,张锡 祖等认为污水灌概区内 的小麦和稻米中重金 属离子含量明显 上升,甚至 形成毒米,不能食 用。而关于 重金属对细胞显徽结构的
17、影响也有 不少文献报 道了 相关的研 究结果.以上是重金 属对植物的直接伤害,此外,重金 属胁迫还能 通过间 接的 方式。对植物造成伤害。资料表明,土坡中的重金属只是 很少一部分 随作物的 收 获而 被移去,经历20年的耕种与收获,也 只能减少大 约0.5 一2%的蓄积量。因 此,重金属 一旦进入土坡,能长期存留,它们可完全抑制土 坡中的 共生固 氮过程,使三叶草减产叨%,主要原因是引 起共生 质粒的 丢失,导致植 物丧 失根瘤结节的能力。重金属的污染 还可使土壤 中微生物总量 成倍地降 低,阻 碍植物的生长 和固 氮作用,重金属污染也可对土集中的酶活性产生影响。1.2 土壤中重金属污染形态
18、植物从土坡中吸收重金 属的量和土坡中 重金 属的 总含量 有一定关系,但土壤重金属的总含量并不是植物 吸收程度的 一个可靠指标In。研究 表明,石灰 性污灌土 壤0 -2 0 c m 土层中,Pb,Cd 主要以 碳酸盐结合 态和硫化物残渣态 存在,其次是有 机结合态、交 换态,吸附态较少。总的看来Pb 的吸附 态)交换态,而Cb 则 相反IOU。影 响Pb,Cd 形态分 布的主要因素有 土壤p H 值、有机质含量、腐殖酸 组成和碳酸钙 含量 等。郑泽群等人在西 安城郊野孤庄污灌区 土坡分析中,发现长期 污灌的 土坡中 铬的 平均含量为 8 0.2 m g.k g ,最高检出值为9 6.8 m
19、g.k g 一,(而CK 耕层土壤铬的 平均含里为6 4.4 m g.k g 一,。经t 检验,污灌区与非污灌区的 土壤铬含量差异显著,说明 土层已 遭受污灌污染n.2 0 -4 0 c m土层铬的含量虽有累 积,但差异不显著,而下 层土壤则无明 显累积19 1。这是因 为土典有机质对C r 的 还原作用很明 显,随灌溉水进入土坡的C r 可被有机质 迅速还原1,,而粘土矿物对C r 有盗烈 的吸附和固 定 作 用 性在 土 壤 中 不 易 移 动,也 较 难 被 植 物 吸 收,这 是 铬 只 在 表 层 和 耕 作 层 累 积 的 主要 原 因 11 01。而 对 于 汞 来 说,它 的
20、有 效 形 态 主 要 与 土 坡 中 的 硫、氛 化 物 及 有 机 肥 料 含 量 有 关 f il l在砷污染的 土坡中,主要以 水溶性砷和钙砷为主,铝砷和铁砷最低 X23.W o o l s等指出,大多 数 土 壤 以 铁 砷为 主,若 活 性 铁 含 量 低 而 钙、铝 高 时,则 以 钙 砷 或 铝 砷为 主fu-Q1.3 土壤中重金属污染物的分布 土壤中 的重金属污染物由于 无机及有机胶体对阳离 子的 吸附、代换、络合及生物作用的结果,大部分被固定在耕作层中,一般很少 迁移至 4 0 c m以下,但砷在土埃中的动态行为与铜、铅、锡等有所不同,在 含有 大量 铁、铝组分的酸 性(p
21、 H 5.3-6.8)红 壤中,砷酸根可与之生成难 溶盐 类而富 集于 3 0 -4 0 c m耕作 层中m:。还有研究表明,金属 污染 物主要累 积在土竣耕 作层,而 且其可 给态含量较高,分别占 全量的6 0.1%,3 0%,3 8%和2.2 1 1 .灌溉污水中的汞呈 溶解态和络合态,进入土壤9 5%被土 壤矿质胶体和有机质迅速吸附或固定。它一.口叮.几叮.压.,巨.,几下llk.1.rLll|卜河南农业大学硕士学位论文【文献综述般累 积 在 土 壤 表 层,在 剖 面 上 分 布自 上 而 下 递 减 f i slj.4 土壤中 重金属污染的危害 资料表明,土壤中的 重金 属只 有很少
22、 一部分随作物地上部分的收获 而被移去,经历 2 0S 的 耕 种 与 收 获,也 只 能 减 少 大 约。满 器 的 蓄 积 量 D O.因 此,这 些 重 金 属 一 旦 进 入 土 坡,就可能存留几千 年。有实验证明,重金属可完全抑 制土壤中的 共生固氮 过程,使三叶草的 产量 减4 0%。这是 因 为 高 浓 度的 金 属 引 起 共 生 质 粒 的 丢 失,导 致 植 物 丧 失 根 瘤结 节 的 能力 I es 7重金 属的 污染还可使土坡中微生物的总量成 倍地降 低,阻碍植物的生长 和固 氮作用。另外,砷、铬、铅等重金属对土坡中酶活性产生影响,使一些淀粉酶和6 一 葡糖普酶的合成
23、受到抑制n n 重金属在土坡 一植物系统中的 迁移直接影响到植物的生理生 化特性和生长发育,从而影响作物的产量 和质量。研究表明,当铬 超过一 定浓度后,对叶绿素有破 坏作用,并促进抗 坏 血 酸 分 解,使 游 离 脯 氨 酸 积 累,抑 制 硝 酸 还原 酶 活 性 l ia。另 外,铬 能 减 少 根 系 对 水 分 和养 分 的 吸 收 氏 匆,也可 抑 制 根 系 对 氮 的固 定 山 翎。在 美国 的 佛罗 里 达 州,土 壤 的 含 铜 量 超过5 0 m g.k g-,时,柑桔幼苗生 长受到影响,土 壤含铜量达2 0 0 m g.k g 一 时,小麦枯死u n若土壤铬 含量 过
24、高,则出 现叶 片褪绿呈枯黄色现象,根系短而 硫,生 长不良 国。土 坡中 重金属能影响作 物的 产量,张祖锡等人的试验表明:污灌小麦3 次 试验的生物量比 对照的 分别下降2 3.3%,2 8.5 3%和9.7 8%。同时,作物的品质也下 降,成都东邻污灌区内,C r 在稻米中积累,从播种前为0.0 9 8 2 m g.k g 一 ,收 获时达 1.6 4 7 m g.k g 一,年富 积量 1.5 4 9 m g.k g-,有 的 形 成 铬 米,不 能 食 用 cz+1.5 作物对 土壤中 重金 属的富集特点 生 长 在 重 金 属 污 染 土 壤 中 的 植 物,其 体 内 必 然会
25、发 生 重 金 属累 集.,。维 诺 格 拉多 夫 指 出,植 物累 积化学元素的 情况至少可以 分为两 种类型:(D由于某区 环境中 元素含量高,该区全部有 机体中该化学元素的 含量均高:(2)某种有 机体(经常是某一个属)能特别聚 集某 种化学元素,即在同一土壤中有的植物能选择吸收聚集这些元素,有的 植物能 选择吸收那些元素Es-司。所 有 生 长 在 含 铬 土 壤 中 的 植 物,含 铬 量 都 显 著 增高。广东 地区 鹤 鸽 草 地 上 部 分 干 物 质 铬的 含量平 均为1 3 2 O m k g-I,比 该地区其它植 物种的铬 含量 高出1 0-2 0 倍I N 。同 是生长
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