【摘要】：離子液體(Ionic Liquids,ILs)因具有良好的理化性質(zhì)被認(rèn)為是取代傳統(tǒng)機(jī)溶劑、繼水和超臨界二氧化碳后的又一大類“綠色溶劑”。雖然ILs不易揮發(fā)可有效減少大氣污染,但由于其較好的水溶性,在實(shí)際使用中大量ILs被釋放入水環(huán)境中,對(duì)水環(huán)境和土壤環(huán)境造成潛在危害。本文通過(guò)研究三種不同碳鏈長(zhǎng)度的ILs,分別為:1-辛基-3-甲基咪唑氯鹽([C8mim]Cl)、1-癸基-3-甲基咪唑氯鹽([C10mim]Cl)和1-十二烷基-3-甲基咪唑氯鹽([C12mim]Cl)對(duì)擬南芥的毒性影響,從生長(zhǎng)抑制和結(jié)構(gòu)影響、光合作用、氧化脅迫和分子機(jī)制等方面綜合評(píng)價(jià)ILs對(duì)擬南芥的毒性作用。研究了三種ILs對(duì)擬南芥的生長(zhǎng)抑制、葉片細(xì)胞膜通透性以及細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)影響,結(jié)果表明:擬南芥幼苗的鮮重以及根長(zhǎng)影響分別隨ILs的濃度和碳鏈長(zhǎng)度增加而降低或變短,具有顯著的劑量-效應(yīng)關(guān)系。隨著ILs濃度增加,擬南芥葉片表面出現(xiàn)了葉脈白化、葉片褪綠黃化,甚至出現(xiàn)了褐色斑點(diǎn),且ILs的碳鏈越長(zhǎng),葉片表面的變化越明顯,說(shuō)明擬南芥在ILs的處理下受到了嚴(yán)重脅迫。擬南芥葉片細(xì)胞膜通透性均隨ILs濃度的增加而增大,表現(xiàn)為顯著的劑量-效應(yīng)關(guān)系。ILs對(duì)細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,出現(xiàn)了質(zhì)壁分離的現(xiàn)象,葉綠體發(fā)生變形,片層結(jié)構(gòu)變得模糊,淀粉顆粒和嗜鋨顆粒的數(shù)量和尺寸明顯增加和增大,ILs的毒性隨著碳鏈長(zhǎng)度增加而增大;但[C12mim]Cl處理組中的新葉細(xì)胞未產(chǎn)生明顯損傷,可能是脅迫條件下,植物對(duì)新生葉片特殊的保護(hù)機(jī)制。研究了三種ILs對(duì)擬南芥的光合作用影響,結(jié)果表明:擬南芥的葉綠素合成受到嚴(yán)重抑制,整株植物以及老葉的葉綠素含量隨ILs濃度和烷基鏈長(zhǎng)增加而降低,呈現(xiàn)為負(fù)相關(guān)性,[C12mim]Cl抑制作用最大,其次是[C10mim]Cl和[C8mim]Cl,然而[C12mim]Cl處理后的擬南芥新生葉的葉綠素含量卻明顯高于對(duì)照組中的葉片,這可能是由于植物的自我保護(hù)機(jī)制。擬南芥葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)(固定熒光(F0)、最大熒光產(chǎn)量(Fm)、光系統(tǒng)Ⅱ最大有效量子產(chǎn)量(Fv/Fm)和光系統(tǒng)Ⅱ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(Fv/F0))以及快速光響應(yīng)曲線(光系統(tǒng)Ⅱ有效量子產(chǎn)量(Y(Ⅱ))、非光化學(xué)猝滅量子產(chǎn)(NO)、非光化學(xué)淬滅系數(shù)(NPQ)和相對(duì)電子傳遞速率(ETR))受到抑制作用,發(fā)生顯著變化,[C10mim]Cl影響大于[C8mim]Cl。對(duì)于[C12mim]Cl處理組來(lái)說(shuō),其老葉的葉綠素?zé)晒鈪?shù)受到了嚴(yán)重影響,而其新生葉的葉綠素?zé)晒鈪?shù)卻沒有顯著變化,這可能是由于植物在逆境環(huán)境下,對(duì)新生葉產(chǎn)生的一種保護(hù)機(jī)制。ILs對(duì)擬南芥光合作用的影響隨著碳鏈長(zhǎng)度增加而增大。研究了三種ILs對(duì)擬南芥的氧化脅迫影響,結(jié)果表明:擬南芥葉片細(xì)胞的活性氧自由基(ROS)含量均隨著ILs碳鏈長(zhǎng)度以及濃度的升高而增加。丙二醛(MDA)含量也呈現(xiàn)相同的趨勢(shì),隨著ILs濃度升高,MDA含量也隨之升高,[C12mim]Cl的MDA和ROS含量最高,隨之是[C10mim]Cl和[C8mim]Cl。在不同處理濃度下,低濃度ILs處理組會(huì)促進(jìn)擬南芥葉片細(xì)胞可溶性蛋白的產(chǎn)生,可能是為了維持植物正常代謝,而在高濃度下可溶性蛋白被抑制,其含量呈下降趨勢(shì),說(shuō)明外界脅迫超過(guò)植物耐受范圍,已造成細(xì)胞損傷。隨著ILs處理濃度的升高,擬南芥葉片細(xì)胞中超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽酶(GSH)活性均先升高后降低,超過(guò)抗氧化酶自我調(diào)節(jié)能力時(shí),其活性被抑制,而過(guò)氧化物酶(POD)活性隨著ILs的碳鏈長(zhǎng)度以及處理濃度增加而增強(qiáng),呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系,可能是由于其受植物體內(nèi)自由基誘導(dǎo)后,主動(dòng)并持續(xù)地消除過(guò)氧化氫(H202),維持其動(dòng)態(tài)平衡。研究了三種ILs對(duì)擬南芥的分子應(yīng)答機(jī)制,結(jié)果表明:ILs處理后,[C8mim]Cl處理組中的基因表達(dá)情況與對(duì)照最接近,其次是[C10mim]Cl 和[C12mim]Cl。在第一主成分分析上,[C8mim]Cl 和[C10mim]Cl處理組與對(duì)照無(wú)明顯差異,而[C12mim]Cl與對(duì)照組有明顯差異。通過(guò)目的通路中的上調(diào)基因富集分析,可以得到[C8mim]Cl處理組和[C10mim]Cl處理組在各個(gè)代謝通路中的富集水平較低。三種ILs脅迫下擬南芥光合作用均受到了抑制,[C12mim]Cl處理組的蛋白質(zhì)合成受阻;[C8mim]Cl處理組中的蛋白質(zhì)表達(dá)譜與對(duì)照組最接近,下調(diào)蛋白數(shù)量最少,[C10mim]Cl和[C12mim]Cl處理組表達(dá)譜相似度更高,部分蛋白下調(diào)明顯。在第一、第二主成分分析上,三種ILs與對(duì)照組差異明顯。上調(diào)蛋白的生物學(xué)富集分析中,[C8mim]Cl處理組的次生代謝產(chǎn)物合成作用上調(diào)明顯,說(shuō)明其受到了一定的逆境脅迫。下調(diào)蛋白的生物學(xué)富集分析中,[C10mim]Cl和[C12mim]Cl處理組的下調(diào)蛋白含量顯著高于[C8mim]Cl處理組,其主要使擬南芥喪失正常生理功能,表現(xiàn)為代謝異常,且會(huì)引起植物的抗脅迫響應(yīng)機(jī)制。
【學(xué)位授予單位】：浙江工商大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X171.5
【圖文】：

逑１．５．２實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線圖逡逑本論文的實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線圖見圖１－３。逡逑離子液體＋擬南芥逡逑研究?jī)?nèi)容Ｉ邐＾｜邐研究?jī)?nèi)容ｎ邐研究?jī)?nèi)容ｍ邐研究?jī)?nèi)容ｉｖ逡逑［生長(zhǎng)形態(tài)￣氧化脅迫￣邐￣光合作用邐）邐［分子機(jī)制逡逑ｒ＾ｉ逡逑長(zhǎng)胞邐綠合邐答白逡逑２邐超邐Ｊ邐ｓ邐素作邐基組逡逑Ｓ邐微邐＾邐和邐含用邐因?qū)W逡逑２結(jié)邐，：邐量系邐差差逡逑Ｓ構(gòu)邐r-、Ｄ邐統(tǒng)邐異異逡逑Ｉ邐Ａ邐１

幼苗的植株大小、根長(zhǎng)隨三種ＩＬｓ濃度的增加而減小、縮短，通過(guò)觀察可得逡逑［Ｃ１０ｍｉｍ］Ｃｌ和［Ｃ１２ｍｉｍ］Ｃｌ處理組從０．３５邋ｍｇ／Ｌ開始，其根長(zhǎng)就明顯受到抑制，逡逑［Ｃ１２ｍｉｍ］Ｃｌ的高濃度組幾乎沒有生長(zhǎng)跡象（圖２－４）。葉片的外部特征差異表明逡逑了邋ＩＬｓ對(duì)擬南芥的脅迫作用，隨著烷基鏈的增長(zhǎng)和處理濃度的增加變化越顯著。逡逑在相同的暴露時(shí)長(zhǎng)下，ＩＬｓ對(duì)葉片鮮重和根長(zhǎng)的抑制作用隨濃度升高而增強(qiáng)逡逑（圖２－２、圖２－３），呈現(xiàn)明顯的劑量－效應(yīng)關(guān)系。從最低處理濃度（０．２５邋ｍｇ／Ｌ）逡逑到最高處理濃度（１．５邋ｍｇ／Ｌ），暴露于［Ｃ８ｍｉｍ］Ｃｌ處理組７邋ｄ后，其葉片鮮重分逡逑別為對(duì)照處理組的６９．２０％和２１．３７％；邋［ＱｏｍｉｍｊＣｌ處理組的葉片鮮重分別為對(duì)照逡逑組的４４．６２％和１８．６７％，邋［Ｃ１２ｍｉｍ］Ｃｌ處理組的葉片鮮重分別為對(duì)照組的３７．５８％逡逑和１５．０６％邋（圖２－２）。擬南芥根長(zhǎng)的變化趨勢(shì)與葉片鮮重的變化趨勢(shì)一致（圖逡逑２－３）。在０．２５邋ｍｇ／Ｌ的［Ｃｌ２ｍｉｍ］Ｃｌ濃度組中，根長(zhǎng)為對(duì)照組的６９．９５％，而在１．５逡逑ｍｇ／Ｌ濃度下，根長(zhǎng)為對(duì)照組的３７．９７％。逡逑在邋０．２５、０．３５、０．７５、１．００邋和邋１．５０邋ｍｇ／Ｌ邋濃度下

邋１邋５逡逑Ｃ邋ｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（邋ｍｇ邋１－）逡逑圖２－３邋ＩＬｓ對(duì)擬南芥根長(zhǎng)的影響逡逑Ｆｉｇ．邋２－３邋ＥｆＦｅｃｔ邋ｏｎ邋ｒｏｏｔ邋ｌｅｎｇｔｈ邋ｏｆ邋．４．邋ｔｈａｌｉａｎａ邋ａｆｔｅｒ邋ｅｘｐｏｓｕｒｅ邋ｔｏ邋ＩＬｓ逡逑１６逡逑

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本文編號(hào)：2795787