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不同玉米品种对重金属吸收累积特性研究

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1 前言

1.1 问题的提出及意义

1.2 土壤重金属污染给农产品品质和人体健康带来严重的危害

1.2.1 土壤重金属污染给农产品的品质和安全性带来严重的影响

1.2.2 重金属污染对人体健康的危害作用

1.3 减轻重金属污染的解决办法

1.3.1 物理与化学治理方法

1.3.2 植物修复

1.3.3 选育低重金属积累品种来降低作物对重金属的吸收和积累

1.4 植物对重金属耐性及吸收积累差异的研究

1.4.1 不同植物吸附重金属的差异

1.4.2 植物积累重金属品种差异

1.4.3 重金属在植物的体内分布

1.4.4 植物积累重金属差异的机理

1.4.5 影响土壤重金属有效性的因素

1.5 低重金属积累品种的选育

1.6 目的与意义

2 材料与方法

2.1 研究区概况

2.2 样品采集

2.3 样品处理

2.4 测定方法

2.5 实验设计

2.5.1 玉米籽粒重金属含量与土壤重金属含量的相关性

2.5.2 筛选低重金属积累的玉米品种

2.5.3 玉米积累重金属的环境与品种互作效应

2.6 评价方法与数据处理

2.6.1 重金属污染综合评价方法

2.6.2 AMMI模型

3.结果与分析

3.1 玉米籽粒重金属含量与土壤重金属含量的相关性分析

3.1.1 籽粒与土壤样品的重金属含量

3.1.2 玉米籽粒重金属含量的相关性分析

3.1.3 籽粒重金属含量与土壤含量的相关性分析

3.1.4 小结

3.2 籽粒重金属低积累品种的筛选

3.2.1 玉米籽粒对八种重金属低积累的品种筛选

3.2.2 低积累重金属玉米品种的稳定性和适应性分析

3.2.3 小结

3.3 不同玉米品种各器官吸收、转运重金属规律

3.3.1 不同品种各器官吸收、转运Hg的规律

3.3.2 不同品种各器官吸收、转运As的规律

3.3.3 不同品种各器官吸收、转运Cu的规律

3.3.4 不同品种各器官吸收、转运Pb的规律

3.3.5 不同品种各器官吸收、转运Ni的规律

3.3.6 不同品种各器官吸收、转运Cr的规律

3.3.7 不同品种各器官吸收、转运Cd的规律

3.3.8 不同品种各器官吸收、转运Zn的规律

3.3.9 玉米对Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Hg、As、Cd八种重金属元素吸收累积能力的差异

3.3.10 小结

4 结论与建议

4.1 主要结论

4.2 建议

参考文献

致谢

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摘要

随着工农业的快速发展,我国大量农田受到重金属的污染。土壤是农产品生产的直接载体,受重金属污染的土壤,不仅导致农作物减产,而且增加可食用部分重金属含量,从而通过食物链危害人们的身体健康。玉米是我国也是全球最重要的粮食作物之一,大量研究证明不同玉米品种对某些有毒有害重金属的吸收、累积存在显著的差异。因此,筛选和培育籽粒有毒重金属低积累的品种,不仅有利于减少食物链重金属的富集,而且也是在轻、中度重金属污染土壤上持续安全生产的一条经济、有效的途径。本文以四川遂宁市大面积推广的玉米品种为供试材料,研究了不同玉米品种对土壤重金属(铬、镉、汞、铅、铜、砷、锌、镍)的吸收、累积性差异以及重金属在玉米各器官的分配规律,分析了玉米籽粒重金属积累能力的环境与品种交互效应,筛选出了对重金属吸收具有低积累性和较好环境适应性的玉米品种。其主要研究结果如下:
   1.玉米籽粒重金属含量与土壤重金属含量的相关性
   在所采集的106份玉米籽粒样品中,其部分重金属超标率为Hg14.15%、Cr0.94%、Ni23.58%,其余样品重金属含量均符合《粮食及制品中重金属限量标准》(NY861-2004)。籽粒重金属含量与土壤重金属全量之间无显著相关性,而与土壤DTPA提取态含量存在极显著正相关,除Zn外的相关系数分别为:R2pb=0.098**、R2Cu=0.147**、R2Ni=0.068**、R2Cr=0.170**。根据《粮食及制品中重金属限量标准》(NY861-2004),计算出了射洪县新华村玉米示范区目前大面积推广的6个品种中,生产安全可食用玉米的土壤重金属DTPA提取态含量的最大临界值。
   2.籽粒重金属低积累的玉米品种筛选
   (1)筛选出玉米籽粒低重金属的品种
   田间试验的21种玉米品种籽粒As、Hg、Cu、Zn、Cd、Cr、Pb、Ni含量均符合《粮食及制品中重金属限量标准》(NY861-2004)的要求。为了在未知重金属污染农田上能生产出安全可食用的粮食,降低籽粒重金属超标的风险,本研究对21个品种的8种元素分别进行了聚类分析,得到了不同重金属的低积累的品种,并对21个玉米品种采用改进AHP加权综合指数法评价重金属的复合污染程度,综合污染指数最低的品种依次是:金玉308、川单15、雅玉10、蓉单8、正红311等。
   (2)低积累重金属玉米品种的稳定性和适应性分析
   品种和环境交互作用对玉米籽粒积累重金属能力有明显影响,Cu的品种效应占总效应的77.6%,品种占主导因素,其低积累性状具有较高的重现性;而As、Hg、Pb、Zn、Cr5种重金属元素的品种与环境交互效应占主导作用,分别占总效应的63.4%、74.3%、50.3%、69.2%和57.5%。通过双标图分析,针对不同重金属元素得到了玉米籽粒富集重金属的稳定性顺序,其中富集As的稳定顺序为:成单30>川单428>正红311>隆单8>川单418;富集Hg的稳定顺序为:川单418>川单428>成单30>正红311>隆单8;富集Cu的稳定顺序为:川单418>正红311>隆单8>成单30>川单428;富集Pb的稳定顺序为:成单30>川单418>隆单8>川单428>正红311。
   3.不同玉米品种各器官吸收、转运重金属规律
   21个玉米品种各器官积累、转运重金属的能力存在明显的差异。除了Pb、Zn外,地下部分重金属的富集系数一般均大于地上部分,重金属在玉米体内的分配规律一般为:根>叶>茎>籽粒,但有部分品种的分配规律是:叶>根>茎>籽粒,而21个品种叶片Pb、Zn含量均大于根部含量。总体而言,重金属向籽粒的转运系数均较低,但不同重金属之间存在差异,籽粒Zn转移系数是其它重金属转运系数的5-10倍。玉米植株对Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Hg、As、Cd八种重金属元素的平均富集系数顺序为:Cu>Zn>Cd>Hg>Cr>As>Ni>Pb。而籽粒的富集系数的顺[序为:Zn>Cu>Hg>Cd>Ni>Cr>As>Pb。

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