1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
本试验的目的是在镉污染条件下,以紫花苜蓿为宿主接种AM真菌,通过测定紫花苜蓿生长、营养元素吸收指标,来评定不同种类AM真菌对紫花苜蓿的影响。以期筛选出在有利于提高在重金属镉污染胁迫下紫花苜蓿生存能力的AM真菌菌种。为深入研究AM真菌降低重金属对植物毒害作用的机制奠定基础,并为重金属污染条件下紫花苜蓿的栽培提供理论参考。随着Cd等重金属污染的日益加剧,研究Cd对紫花苜蓿营养元素吸收和积累的影响,有助于人们通过有效调控,减少重金属对牧草的直接威胁及对畜牧业的影响,也可为治理重金属污染土壤提供一定的理论基础。
镉是一种毒性很强并可移动的元素,它可被植物根部吸收运输并能在芽中均匀分布[1]。即使是低浓度的Cd胁迫,也会对植物造成毒害[2]。研究表明,Cd含量在3~10mgkg-1(DW)时即对植物产生伤害[3]。Cd污染已经对环境造成严重影响,因此对植物中Cd的问题进行充分研究是必要及迫切的。Cd会影响植物营养元素的吸收[4]。Cd影响植物对大量元素K、P吸收和利用。Cd会干扰冰花等植物对K吸收和利用[5],Cd等重金属降低了椰子叶P含量[6],Cd也影响植物氮代谢。Cd使水稻N含量及NR活性降低,也降低了小白菜对NO3-吸收[7-8]。Cd也引起植物对Zn、Mn、Cu和Fe等矿质微量元素吸收的紊乱[9-10]。紫花苜蓿(MedicagosativaL.)为多年生草本植物,是一种高营养价值的豆科牧草,它在自然界中分布广泛,根系发达,生长迅速,对环境适应性强,有望成为重金属污染土壤修复的重要植物材料。关于Cd对植物生长生理的影响,国内外学者都做了一些研究,但对植物营养元素吸收和积累影响的研究并不多,且目前的研究多集中在小麦、烟草、玉米、水稻等植物,对豆科植物尤其是紫花苜蓿研究甚少。
丛枝菌根真菌能大部分陆生植物形成互惠共生体丛枝菌根。有研究表明,丛枝真菌能减少重金属对植物的毒害作用,因为菌根可以调节根际中的金属形态而改变重金属的生物有效性[11]。有大量研究表明,菌根在环境胁迫下能促进宿主对矿质营养的吸收,以提高植物在逆境中的生存能力。但关于不同种AM真菌是否都具有抵抗重金属元素的毒害作用以及关于不同AM菌种之间效果的比较,研究尚少。
2. 研究的基本内容和问题
研究目标:
(1)通过测定紫花苜蓿生长、营养元素吸收指标,以期揭示紫花苜蓿适应镉胁迫的机制,为生产和栽培提供理论依据。
(2)以紫花苜蓿为宿主接种多种AM真菌,来评定不同种类AM真菌对紫花苜蓿的影响。以期筛选出在有利于提高在重金属镉污染胁迫下紫花苜蓿生存能力的AM真菌菌种。
3. 研究的方法与方案
研究方法:
(1)土壤理化性质测定:通过测定土壤中的水解性氮,速效磷,速效钾,有机质和pH等来确定供试土壤的理化性质。
(2)土壤氮素分析:土壤有机质和氮素的消长,主要决定于生物积累和分解作用的相对强弱、气候、植被、耕作制度诸因素,特别是水热条件,对土壤有机质和氮素含量有显著的影响。通过测定栽培土壤中不同形态的氮素(铵态氮、硝态氮、亚硝态氮及可溶性总氮等),来比较镉污染条件下不同AM真菌对栽培土壤的影响。
4. 研究创新点
特色或创新之处
(1)我国在该方面的研究,从研究对象来看,主要集中于目前的研究多集中在小麦、烟草、玉米、水稻等植物,对豆科植物尤其是紫花苜蓿研究甚少。
(2)首次在不同浓度镉污染条件下,对紫花苜蓿进行多种AM真菌菌种接种处理,观测其生长和营养指标的变化,同时进行统计分析,筛选出在有利于提高在重金属镉污染胁迫下紫花苜蓿生存能力的AM真菌菌种。
5. 研究计划与进展
研究计划及预期进展
第一阶段:选材(选择供试验的适宜南方生长的紫花苜蓿种子及AM真菌菌种)
第二阶段:盆栽试验(在灭菌后的沙土中,用镉溶液进行胁迫处理)
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