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    鎘脅迫對紅椿(Toonaciliate Roem.)幼苗生長及碳、氮、磷、鉀累積與分配的影響

    2017-09-03 08:57:10王岑涅劉柿良李勛王麗萍張健
    關(guān)鍵詞:紅椿生物量養(yǎng)分

    王岑涅,劉柿良,李勛,王麗萍,張健,4*

    (1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)林業(yè)研究所,四川省林業(yè)生態(tài)工程重點實驗室,成都 611130;2.成都大學(xué)旅游與經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,成都 610106;3.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院,成都 611130;4.長江上游生態(tài)安全協(xié)同創(chuàng)新中心,成都 611130)

    鎘脅迫對紅椿(Toonaciliate Roem.)幼苗生長及碳、氮、磷、鉀累積與分配的影響

    王岑涅1,2,劉柿良3,李勛1,王麗萍1,張健1,4*

    (1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)林業(yè)研究所,四川省林業(yè)生態(tài)工程重點實驗室,成都 611130;2.成都大學(xué)旅游與經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,成都 610106;3.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院,成都 611130;4.長江上游生態(tài)安全協(xié)同創(chuàng)新中心,成都 611130)

    為了解鎘(Cd)脅迫對紅椿(Toona ciliata Roem.)生長及養(yǎng)分[碳(C)、氮(N)、磷(P)和鉀(K)]吸收的影響,采用盆栽控制試驗研究了不同濃度Cd處理[0(對照)、10、20、40、80、160 mg·kg-1]對其幼苗生長發(fā)育、生物量以及養(yǎng)分積累與分配特征的影響。結(jié)果顯示:與對照相比,紅椿幼苗生長特性指數(shù)(如葉數(shù)、葉長、葉寬、根長及地徑和株高)與根、莖、葉生物量隨Cd濃度增加而降低,但低Cd處理(<40 mg·kg-1)對各器官指數(shù)、株高及總生物量無顯著影響(P>0.05)。隨著Cd脅迫濃度增加,根、莖、葉中Cd濃度逐漸升高,且根大于莖;根K、莖K、葉K和葉N累積量隨脅迫濃度增加呈先升后降,而根C、根N、莖N、根P和葉P累積量則逐漸降低。此外,莖C、葉C和莖P在低Cd處理時無顯著差異,但較高Cd脅迫處理(≥40.00 mg·kg-1)則顯著抑制并改變其累積與分配格局。紅椿幼苗具有一定的抗Cd脅迫能力,但較高濃度Cd脅迫(≥40.00 mg·kg-1)顯著影響了紅椿幼苗的生長特性及其養(yǎng)分格局。

    鎘脅迫;生長發(fā)育;養(yǎng)分累積;紅椿;生物量

    土壤重金屬污染已經(jīng)成為危害全球生物圈的重大因素,其中土壤鎘(Cd)的污染受到廣泛關(guān)注[1-3]。土壤較低的Cd濃度即可對植物的生長和發(fā)育造成危害[4-5]。盡管有研究表明低濃度Cd有促進(jìn)植物生長的作用[6-8],但大多數(shù)研究顯示一定濃度(程度)的Cd脅迫會阻礙植物的生長[7,9]。同時,Cd會影響土壤中養(yǎng)分的有效性,影響植物對土壤養(yǎng)分的吸收利用[10-11],進(jìn)而形成Cd與養(yǎng)分同時限制植物生長的惡性循環(huán)。目前的研究大多關(guān)注Cd在植物-土壤系統(tǒng)間的富集、遷移和轉(zhuǎn)化過程及其對植物生理過程的影響[12-15],但由于所用材料、處理方式和濃度設(shè)置不盡相同,其各異結(jié)果導(dǎo)致Cd脅迫對植物養(yǎng)分作用機(jī)理尚不清楚。

    鄉(xiāng)土木本樹種具有生物量高、生長迅速、棲息地適應(yīng)能力強等優(yōu)勢[16-17],而迄今為止尚無相關(guān)研究關(guān)注其在Cd污染條件下的生長適應(yīng)特征。紅椿(Toona ciliata Roem.)作為我國國家級(Ⅱ)重點保護(hù)植物,也是我國(亞)熱帶地區(qū)的珍貴速生用材樹種,目前陷于瀕臨滅絕的境地,但對其研究僅有零星報道,如關(guān)于其天然居群遺傳結(jié)構(gòu)與體內(nèi)化學(xué)成分分析等研究[18-19]。紅椿作為長江上游重要的速生樹種,先前研究報道其對土壤(紫色土與沖擊土)重金屬鉛(Pb)具有較強耐受性和積累能力[17],而長江上游典型紫色土和沖積土受到重金屬污染日趨嚴(yán)重[20-21],紅椿是否對長江上游典型土壤中大量存在的重金屬Cd同樣具有較強的耐(抗)性卻未見報道。因此,本研究以紅椿(T.ciliata)幼苗為試驗材料,采用盆栽控制試驗,研究不同Cd脅迫條件下紅椿幼苗生長以及對養(yǎng)分(C、N、P和K)的積累、分配與利用特征,分析不同Cd脅迫水平對紅椿生長適應(yīng)與養(yǎng)分利用機(jī)制的影響,了解紅椿對Cd污染的耐受性,以期為深入認(rèn)識Cd污染條件下植物生長適應(yīng)過程提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

    1 材料與方法

    1.1 試驗地與材料

    試驗設(shè)置在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)成都校區(qū)實驗基地溫室(30°38′N,103°45′E),海拔510~600 m,屬亞熱帶濕潤氣候區(qū),四季分明,日照偏少,雨量充沛,濕度較大[3]。供試紅椿幼苗為楝科(Meliaceae)香椿屬(Toona Roem.)植物,本研究以四川省宜賓市種苗站內(nèi)生長環(huán)境相同且長勢一致的一年生紅椿種苗(株高約40 cm、地徑約8 mm)為供試植物。試供土壤為黃壤,采自雅安市四川農(nóng)業(yè)大學(xué)讀書公園,其基本理化性質(zhì)見表1。

    1.2 試驗設(shè)計

    2013年3月,將試供土壤風(fēng)干,研磨,分別經(jīng)5 mm和2 mm網(wǎng)格過篩,靜置,按每盆10 kg(干土)裝入塑料花盆(37 cm×25 cm×27 cm),置于大棚中(透光率為80%,溫度為27℃±2℃,相對濕度為75%±3%)待用。2013年6月,選取粗細(xì)均勻、生長良好的1年生半木質(zhì)化紅椿幼苗移栽至塑料盆,每盆種植1株,待植物恢復(fù)生長后,于2014年5月10日進(jìn)行不同濃度Cd處理試驗。Cd濃度梯度設(shè)置為:Control(0 mg· kg-1)、T1(10 mg·kg-1)、T2(20 mg·kg-1)、T3(40 mg·kg-1)、T4(80 mg·kg-1)和T5(160 mg·kg-1),共35盆(包括初始測定5盆),每處理5次重復(fù)。Cd添加方法:以CdCl2與蒸餾水配制成約500 mL溶液均勻施入相應(yīng)塑料盆中,滲出液反復(fù)回收澆灌,直到Cd離子與土壤均勻混合。試驗期間,對所有供試植株進(jìn)行統(tǒng)一澆水,除草防蟲和防病等管理,控制澆水量以避免多余水分流出塑料盆,且不噴施農(nóng)藥與追施化肥。

    表1 試供土壤中營養(yǎng)元素、有機(jī)質(zhì)、導(dǎo)電性及Cd的背景值Table 1 The background values of nutrient elements,organic matter,and electric conductivity(EC)in the studied soil

    1.3 樣品分析

    2014年9月10日,測量所有植株的葉長、葉寬、地徑、主根長及地上部高。采用破壞性收獲法采集所有植株(除用于初始測定植株),并將樣品分為根、莖、葉三部分,先后多次用Na2-EDTA(祛除表面附著離子)和去離子水洗凈,105℃烘箱內(nèi)殺青30 min,75℃烘干至恒重,計算其根、莖、葉及單株生物量。將樣品(根、莖、葉)粉碎研磨過1 mm篩,待測。

    植株全C采用K2Cr2O7氧化-FeSO4滴定法[22]測定,為保證有機(jī)C氧化完全,樣品測定時滴定所用FeSO4標(biāo)準(zhǔn)液體積小于空白標(biāo)定所消耗體積1/3時,需要減少稱取樣品量而重做。樣品N和P含量測定先采用H2SO4-H2O2消煮。靛酚藍(lán)比色法[22]測定N含量,平均回收率99.87%:試驗中選擇690 nm為測定波長,比色在顯色1~6 h內(nèi)進(jìn)行;標(biāo)準(zhǔn)溶液H2SO4濃度控制在0.7 mol·L-1左右,待測(標(biāo)準(zhǔn))液氮濃度控制在0~300 μg·mL-1,不允許有H2O2殘存。P含量測定則采用鉬藍(lán)法[23]:在根系、莖干和葉片的干樣中加入4 mL HNO3和1 mL H2O2進(jìn)行消解,450 nm波長下比色,將溶液中殘留的H2O2加熱分解,避免影響比色測定。按照Hernández等[24]的方法對干樣消解測定K含量,其平均回收率為89.05%。植株Cd含量采用濕樣消解法[25]消解,原子吸收分光光度計(AA320N型,上海精密科學(xué)儀器有限公司)測定,Cd測定精度(RSD)為1.97%。試驗選擇灰化溫度為560℃,標(biāo)準(zhǔn)加入法測定Cd平均回收率為92.43%。

    1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

    根據(jù)試驗初期紅椿幼苗各器官生物量和實驗結(jié)束時相應(yīng)器官生物量計算不同Cd處理條件下紅椿各器官生物量增幅;根據(jù)試驗期間各器官生物量增幅與C、N、P和K濃度計算紅椿幼苗C、N、P和K累積量(即各器官生物量與C、N、P和K濃度之積)與分配特征。單因素方差檢驗(One-way ANOVA,Tukey檢驗)用于比較不同Cd處理條件下紅椿幼苗的生長特征,生物量增幅和C、N、P和K累積與分配差異,顯著性水平設(shè)定a=0.05,統(tǒng)計分析均使用SPSS 17.0軟件。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 Cd處理對紅椿幼苗組織Cd濃度的影響

    圖1 Cd處理對紅椿幼苗根、莖、葉中Cd濃度的影響Figure 1 Effect of cadmium concentrations of roots,stem,and leaves of Toona ciliata seedlings under different cadmium concentration treatments

    圖1顯示,紅椿各器官中Cd濃度隨著Cd處理濃度的增加而顯著增加(P<0.05)。與對照相比,T1處理并未顯著改變根系(13.66 mg·kg-1)、莖干(6.50 mg· kg-1)和葉片(3.13 mg·kg-1)中Cd濃度(P>0.05);隨著Cd處理濃度增大,T5處理下根系(141.47 mg·kg-1)、莖干(57.78 mg·kg-1)和葉片(60.23 mg·kg-1)中Cd濃度較對照分別顯著增加27.43、13.49、53.42倍。同時,幼苗各器官中Cd濃度在T4和T5處理間無顯著差異,葉片和莖干中Cd濃度在T1、T2與對照處理間亦無明顯差異(P>0.05)。相同濃度Cd處理下,根系中Cd濃度顯著大于莖干且大于葉片。

    2.2 Cd處理對紅椿幼苗生長特性及生物量的影響

    由表2和表3可見,不同濃度Cd處理對紅椿幼苗生長特性與生物量的影響顯著(P<0.05)。與對照處理相比,10 mg·kg-1Cd脅迫(T1)對葉數(shù)、根長、株高及根、莖、葉生物量無顯著影響(P>0.05),而葉長、葉寬和地徑較對照分別降低7.18%、11.48%和7.38%(P<0.05)。隨著Cd處理濃度增加,葉寬、葉長和葉生物量呈先升后降,在T2處理時達(dá)到最高值,較T1處理分別提升了1.43%(P<0.05)、1.06%(P>0.05)和3.27% (P>0.05)。同時,T5處理下葉數(shù)、根長、株高及根、莖和總生物量較T1處理分別顯著降低40.15%、13.18%、9.66%、20.13%、14.92%和15.60%,R/S比雖未隨Cd濃度增加呈現(xiàn)規(guī)律性逐漸降低趨勢,但其在T5處理下也比T1處理降低5.85%,而地徑隨Cd處理濃度增加無明顯變化(P>0.05)。

    2.3 Cd處理對紅椿幼苗組織C、N、P、K濃度的影響

    圖2所示,不同濃度Cd處理在不同程度上影響了幼苗根系、莖干和葉片中C、N、P和K濃度。隨著Cd濃度增加,根K、葉K和葉N濃度呈先升后降趨勢,在20 mg·kg-1Cd脅迫(T2)下達(dá)到最高值,較對照

    分別升高96.06%、17.68%和44.28%,而后逐漸降低,到T5處理時呈最低值。相似地,葉C、莖K、根N和莖P濃度在對照、T1和T2處理間無明顯差異(P>0.05),之后隨Cd濃度增加而逐漸降低。然而,不同濃度Cd處理對根C與莖C濃度無顯著影響(P>0.05)。

    表2 Cd處理對紅椿幼苗生長特性的影響Table 2 Effect of growth character of Toona ciliate seedlings under different cadmium concentration treatments

    表3 Cd處理對紅椿幼苗各器官生物量及根/莖生物量(R/S)的影響Table 3 Effect of biomass of Toonaciliate seedlings under different cadmium concentration treatments

    圖2 Cd處理對紅椿幼苗根、莖、葉中C(A)、K(B)、N(C)和P(D)濃度的影響Figure 2 Effect of C(A),K(B),N(C)and P(D)concentrations of roots,stems,and leaves of Toona ciliata seedlings under different cadmium concentration treatments

    2.4 Cd處理對紅椿幼苗組織C、N、P、K累積及分配的影響

    不同濃度Cd處理顯著影響幼苗各器官中C、N、P和K的積累量(圖3)。與對照處理相比,10 mg·kg-1Cd脅迫處理(T1)顯著(P<0.05)升高根K和葉N累積量,分別為68.89%和35.68%,卻顯著降低莖N、根P和葉P累積量分別為16.26%、22.46%和25.15%(P<0.05)。隨Cd濃度增加,根K、莖K、葉K和葉N累積量均呈先升后降(T2最高),隨后逐漸降低并在T5處理達(dá)到最低值。根C、根N、莖N、根P和葉P累積量均隨Cd濃度增加而降低(T5最低)。莖C、葉C和莖P在對照、T1與T2間無顯著差異(P>0.05),之后隨Cd濃度增大而降低。同時,不同濃度Cd處理明顯改變了根系、莖干和葉片中C、N、P和K分配(圖4)。隨Cd濃度增加,葉N、莖P和根K積累量比例呈現(xiàn)先升后降,根N、莖N、根P、莖K和葉K積累量比例則相反;而葉C積累量比例逐漸增大,葉P積累量比例逐漸降低。同時,C和P累積在根系中的比例顯著大于其地上部(莖干+葉片),而N和K在地上部中累積比例高于根系。

    圖3 Cd處理對紅椿幼苗根、莖、葉中C(A)、K(B)、N(C)和P(D)積累量的影響Figure 3 Effect of C(A),K(B),N(C)and P(D)accumulations of roots,stem,and leaves of Toona ciliata seedlings under different cadmium concentration treatments

    3 討論

    3.1 Cd處理與紅椿幼苗組織Cd濃度的關(guān)系

    本研究中,不同濃度Cd處理下紅椿幼苗根系中Cd濃度顯著高于其地上部濃度(圖1),表明根系對Cd富集能力高于地上部,與先前大多數(shù)研究結(jié)果一致[7,12,16]。這主要是因為植物吸收的Cd作為帶正電荷的金屬離子極易與組織中帶負(fù)電荷化合物結(jié)合,從而限制部分Cd向地上部(莖干和葉片)運輸而累積在根系[13];同時,植株根系對重金屬離子具有截留作用,借助細(xì)胞質(zhì)子泵產(chǎn)生的能量“主動地”將根細(xì)胞中的生物大分子與Cd離子結(jié)合成穩(wěn)定螯合物[26-28]。這也被認(rèn)為是植物對逆境脅迫的生存反應(yīng)。

    圖4 Cd處理下紅椿幼苗根、莖、葉中C、N、P和K分配特征Figure 4 Distribution characteristics of C,N,P and K in each organ to total plant of Toona ciliata under different cadmium concentrations

    3.2 Cd處理與紅椿幼苗生長及其Cd濃度的關(guān)系

    植物形態(tài)上的改變通常也是其適應(yīng)逆境的基本機(jī)制。Cd脅迫常常限制土壤養(yǎng)分的有效性和可利用性,加大植物各器官之間對資源的競爭,進(jìn)而表現(xiàn)出植物各器官生物量及其分配格局的改變[29]。本研究中,低Cd濃度處理(<40 mg·kg-1)對紅椿幼苗的生長特性(葉數(shù)、根長和株高)與生物量(莖、葉和總生物量)無顯著影響(表2、表3),但高濃度Cd處理(≥40 mg·kg-1)則抑制其葉片的生長特性(如葉長、葉寬和葉數(shù))、降低植株高度以及生物量。這些研究結(jié)果與先前研究類似[27],表明植物在Cd脅迫下均表現(xiàn)出生長受阻的現(xiàn)象。

    植物通常以改變生物量分配與利用的方式,將有限資源分配到更有效器官而更利于適應(yīng)逆境[21,30]。本研究中,低濃度Cd處理(<40 mg·kg-1)對紅椿幼苗根、莖、葉生物量及其分配格局改變并不顯著(P>0.05),而較高濃度Cd處理(≥40 mg·kg-1)則降低其生物量增幅(表3),表明Cd能夠有效地限制土壤養(yǎng)分利用效率,加大植物器官對養(yǎng)分資源的競爭,進(jìn)而改變紅椿幼苗各器官的生物量與分配格局[27,31]。另一方面,在高Cd濃度處理(160 mg·kg-1)時,紅椿仍然最大限度地增加葉片比例,加大光合產(chǎn)物量以維持生存,這是植物在惡劣條件下的適應(yīng)機(jī)制;而低濃度Cd脅迫并沒有顯著改變其生物量及其分配格局,則證明了其對Cd污染具有抗性。R/S作為植物獲取有限土壤資源維持生長的重要指標(biāo),比值越高表明其抗性越強[14]。本研究中,Cd處理降低了紅椿幼苗R/S(表2),與對桂花(Osmanthus fragrans)的研究結(jié)果相悖[32],而隨著Cd濃度增加變化卻不顯著,其原因還有待進(jìn)一步研究。

    3.3 Cd處理與紅椿幼苗養(yǎng)分累積與分配的關(guān)系

    均衡的營養(yǎng)元素是植物正常生長發(fā)育的前提,但重金屬能夠改變土壤環(huán)境,進(jìn)而影響植物對土壤養(yǎng)分的吸收與利用[33]。C是植物干物質(zhì)重要組成元素,C平衡程度決定著其受害程度[34]。Elser等[35]對全球492種陸地植物葉片研究顯示,其C濃度為(464±32.1)mg·g-1。本研究中,紅椿幼苗在正常條件下(Control)葉C濃度為(368.79±6.66)mg·g-1(圖2),表明其本身具有較強的C儲存能力。隨著Cd脅迫濃度的增加,莖C濃度不同程度降低,而根C和葉C濃度卻未見顯著變化(圖2A)。試驗中大量累積的Cd破壞了根、莖細(xì)胞透性,擾亂對養(yǎng)分元素吸收、利用,可能是由于植物將吸收的N首先利用在葉片生產(chǎn)以維持最大固C率[36]。

    本研究中較高濃度Cd脅迫(≥40 mg·kg-1)導(dǎo)致了葉N濃度逐漸降低(圖2C),表明Cd脅迫已經(jīng)限制了植物對N元素的吸收,進(jìn)而影響其光合生理過程,抑制植物生長發(fā)育。同時,高濃度Cd處理顯著降低植物各器官的P濃度,也可能與Cd脅迫條件下植物養(yǎng)分吸收受限有關(guān)(圖2D)。隨著Cd濃度增加,根N和莖N濃度均逐漸降低,其原因是Cd影響植物體內(nèi)N代謝限速酶活性而抑制土壤中N元素的吸收,與對桂花(O.fragrans)的研究結(jié)果一致[32]。另一方面,由于根系與莖干為植物中儲存N最集中的部分,較低濃度Cd處理(<40 mg·kg-1)使植物吸收、利用與分配N元素達(dá)到相對平衡,而對生物量及其對C的分配影響不大(圖2);相反,較高濃度Cd處理(≥40 mg·kg-1)顯著地抑制植物根生長,降低根生物量比例,增加葉片生物量比例(圖3、圖4),同時也降低了各器官對N的吸收(圖2C)。這種N吸收的減少可能也造成細(xì)胞內(nèi)陽離子有效濃度的降低[17],進(jìn)而增加了Cd的毒性,導(dǎo)致根生物量比例的降低。因此,Cd脅迫對N代謝與利用等生理過程的影響可能是植物在Cd脅迫條件下生理響應(yīng)特征的主要原因。

    P在ATP反應(yīng)、糖類代謝、蛋白質(zhì)代謝以及脂類代謝中起重要作用[4],并對細(xì)胞分裂和植物各器官分化發(fā)育,特別是開花結(jié)實具有重要作用。本研究中高濃度Cd處理顯著降低植物各器官P濃度也可能與Cd脅迫條件下植物養(yǎng)分吸收受限有關(guān)。因此,證實了一定程度的Cd脅迫將會導(dǎo)致土壤養(yǎng)分(如P)成為限制植物生長的重要因子之一[15]。另一方面,由于P能夠與土壤中存在的Cd形成難溶化合物,調(diào)節(jié)Cd在土壤中的生物有效性[13],從而影響植物對養(yǎng)分(包括P)的吸收與利用。目前,雖然具體的機(jī)制仍然不甚清晰,但這為后續(xù)研究提供了有益的思路。

    K作為一種重要的抗逆元素對植物細(xì)胞滲透壓和膨壓的調(diào)節(jié)具有重要作用。本研究中低濃度Cd處理(<40 mg·kg-1)增加了根K和葉K濃度與累積量,而在高濃度Cd處理(≥40 mg·kg-1)時其含量卻顯著降低(圖2~圖4),表明介質(zhì)中Cd2+劑量與植物對K+的吸收和運輸相關(guān),且Cd2+可能與K+存在某種形式的交互作用。這與Hernández等[24]的研究結(jié)果相類似,但其主要機(jī)理還有待進(jìn)一步研究探索。

    植物器官養(yǎng)分積累與分配格局能夠響應(yīng)環(huán)境因子的變化[32]。一種環(huán)境刺激機(jī)制在最初使得植物形成一種保護(hù)特性進(jìn)而促進(jìn)系列生理反應(yīng),而隨著環(huán)境脅迫程度增加,這種保護(hù)性會隨著植物傷害增加而消失,從而導(dǎo)致植物生長下降[8,15]。本研究中較低濃度Cd處理并未明顯改變幼苗葉C積累量(圖3A),且可在輕度Cd污染條件下很好地生長;相對較低濃度Cd處理則僅對根C和N積累量無顯著影響(P>0.05),表明Cd導(dǎo)致的促進(jìn)植物生長的機(jī)制主要作用于根系活動;而高濃度Cd處理抑制了各器官C、N和P的累積,表明高濃度Cd污染可以限制植物對土壤養(yǎng)分的吸收、同化和積累。

    4 結(jié)論

    較高濃度Cd處理(≥40 mg·kg-1)抑制了紅椿幼苗生長與生物量產(chǎn)生與累積,同時也改變了植物體內(nèi)C、N、P、K的累積與分配,但低Cd對其并無顯著影響;在80~160 mg·kg-1Cd處理時,根系中Cd濃度超過了100.00 mg·kg-1,較地上部更具Cd積累能力;在160 mg·kg-1重度Cd處理時,紅椿仍能通過改變養(yǎng)分累積與利用特征維持生物量生產(chǎn)。盡管這些結(jié)果無法完全揭示Cd脅迫對紅椿生長、養(yǎng)分吸收、積累與利用的影響機(jī)制,但為進(jìn)一步探討Cd脅迫下植物生長與適應(yīng)機(jī)制提供了良好的研究基礎(chǔ)。

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    Impacts of Cd stress on growth,and accumulation and distribution of C,N,P and K in Toona ciliata Roem. seedlings

    WANG Cen-nie1,2,LIU Shi-liang3,LI Xun1,WANG Li-ping1,ZHANG Jian1,4*
    (1.Key Laboratory of Ecological Forestry Engineering of Sichuan Province,Institute of Ecology&Forest,Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130,China;2.College of Tourism and Economic Management,Chengdu University,Chengdu 610106,China;3.College of Landscape Architecture,Sichuan Agricultural University,Chengdu 611130,China;4.Collaborative Innovation Center of Ecological Security in the Upper Reaches of Yangtze River,Chengdu 611130,China)

    In the presented work,the effects of different Cd stress on the growth and nutrient absorption(C,N,P,and K)of Toona ciliata Roem.seedlings were investigated.A controlled pot experiment was arranged with different treatments of six Cd dosages[control,10,20,40, 80,and 160 mg·kg-1]to investigate the growth characteristics,biomass production and nutrient accumulation and distribution in the T.ciliata seedlings.The results indicated that the growth characteristic parameters(leaf growth,leaf length,leaf width,root length,base diameter, and shoot height)and tissue biomasses(i.e.,root,stem,and leaf)declined with increasing Cd dosage,whereas the treatments with lower Cd dosage(<40 mg·kg-1)had no significant(P>0.05)influences on tissue index,plant height,and total biomass.Additionally,the Cd distribution pattern under different Cd treatments showed the same order,with root>stem and/or root>leaf.Moreover,with increasing Cd dosage,theaccumulation of root K,stem K,leaf K,and leaf N showed a trend of increase at first and then decrease,whereas accumulation of root C,root N,stem N,root P,and leaf P gradually decreased.Furthermore,the treatments with higher Cd dosages(≥40.00 mg·kg-1)significantly inhibited the accumulation of stem C,leaf C,and stem P and altered their distribution patterns,whereas treatment with lower Cd dosages(<40 mg·kg-1)did not show significant effects.Results suggest that T.ciliata could adapt efficiently to Cd-contaminated environments by altering its nutrient use strategy and biomass distribution pattern.

    cadmium stress;growth and development;nutrient accumulation;Toona ciliata Roem.;biomass

    X171.5

    A

    1672-2043(2017)08-1492-08

    10.11654/jaes.2017-0011

    2017-01-03

    王岑涅(1985—),男,重慶開縣人,在讀博士,講師,主要從事土壤污染及其修復(fù)研究。E-mail:wangcn100@163.com

    *通信作者:張健E-mail:sicauzhangjian@163.com

    國家自然科學(xué)基金項目(31370628);國家科技支撐計劃項目(2011BAC09B05)

    Project supported:The National Natural Science Foundation of China(31370628);The National Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China(2011BAC09B05)

    王岑涅,劉柿良,李勛,等.鎘脅迫對紅椿(Toonaciliate Roem.)幼苗生長及碳、氮、磷、鉀累積與分配的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2017,36(8):1492-1499.

    WANG Cen-nie,LIU Shi-liang,LI Xun,et al.Impacts of Cd stress on growth,and accumulation and distribution of C,N,P and K in Toona ciliata Roem. seedlings[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36(8):1492-1499.

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