發(fā)布時間：2020-03-31 20:32

【摘要】：鐵氰化物是氰化物污染土壤及地下水中最常見的污染物種類之一,環(huán)境因素的變化會影響鐵氰化物在環(huán)境介質(zhì)中的形態(tài)、遷移和轉(zhuǎn)化。迄今,植物修復(fù)鐵氰絡(luò)合物污染的研究雖有廣泛的報道,但有關(guān)其修復(fù)的機理尚缺乏深入研究。本研究以植物降解外源鐵氰化物為核心研究內(nèi)容,深入研究不同代謝類型植物吸收、遷移、轉(zhuǎn)化和富集鐵氰化物的特征,探索不同氰化物作為植物生長所需補充氮源的可能性,以及利用水稻全基因芯片技術(shù)篩選出水稻幼苗體內(nèi)參與應(yīng)答不同氰化物脅迫響應(yīng)的基因。主要研究成果如下:1、鐵氰化鉀污染液分別處理4種不同代謝類型植物的離體根組織24小時。結(jié)果發(fā)現(xiàn):水稻離體根組織對水溶液中鐵氰化物的吸收率(65.8%)和轉(zhuǎn)化率(9.11μg CN/g·h)最高,而大豆離體根的吸收率(20.2%)和轉(zhuǎn)化率(2.79μg CN/g·h)最低;抑制劑氯化鑭對玉米和水稻離體根組織轉(zhuǎn)化鐵氰化物的影響最大,而硝酸銀和四乙基氯化銨則分別對大豆和垂柳離體根轉(zhuǎn)化鐵氰化物的的影響較大;試驗溫度與植物離體根組織轉(zhuǎn)化鐵氰化物的效率之間存在明顯的正相關(guān)性;依據(jù)試驗獲取的溫度系數(shù)(Q_(10))發(fā)現(xiàn),玉米離體根組織對溫度變化最為敏感,最不敏感的是水稻離體根。2、鐵氰化鉀污染液分別處理3種不同種類的扦插柳樹幼苗6天。結(jié)果發(fā)現(xiàn):3種柳樹幼苗均可有效吸收反應(yīng)器水溶液中的鐵氰化物,其中旱柳幼苗的吸收率最高(62.3%),最低是垂柳(46.8%);具有完整葉片的柳樹幼苗對水溶液中鐵氰化物的吸收率要高于去除了的葉片柳樹幼苗,表明蒸騰作用對植物吸收鐵氰化物有一定的影響;柳樹幼苗體內(nèi)檢測到殘存的鐵氰化物量占水溶液中總吸收量的不足6%,其主要殘存在根系中,葉片中殘存量最少,表明絕大部分鐵氰化物在植物體內(nèi)的運輸過程中都被柳樹幼苗有效降解,其中旱柳幼苗對鐵氰化物的轉(zhuǎn)化率最高(9.92μg CN/g·d),最低是垂柳(6.28μg CN/g·d)。3、外源簡單氰化物(KCN)脅迫水稻幼苗48小時。水稻幼苗能快速吸收和轉(zhuǎn)化外源KCN而不在體內(nèi)產(chǎn)生大量殘留,營養(yǎng)液中無機氮源(KNO_3和NH_4Cl)對水稻幼苗吸收和轉(zhuǎn)化外源KCN的影響較小;水稻幼苗不同組織中硝酸還原酶與谷氨酰胺合成酶的活性與外源KCN脅迫濃度有關(guān);高濃度的外源KCN脅迫對水稻幼苗體內(nèi)硝酸還原酶活性的抑制要大于對谷氨酰胺合成酶活性的抑制。水稻幼苗也能有效去除營養(yǎng)液中的2種鐵氰絡(luò)合物。生長在KNO_3營養(yǎng)液中水稻幼苗對2種外源鐵氰絡(luò)合物的轉(zhuǎn)化率要遠大于生長在NH_4Cl營養(yǎng)液中水稻幼苗,而且生長在KNO_3營養(yǎng)液中水稻幼苗對亞鐵氰化物的轉(zhuǎn)化率要明顯高于對鐵氰化物的轉(zhuǎn)化率;2種外源鐵氰絡(luò)合物脅迫對水稻幼苗體內(nèi)的硝酸還原酶與谷氨酰胺合成酶的活性影響趨勢非常相似。試驗結(jié)果表明:水稻幼苗能利用外源KCN、亞鐵氰化物和鐵氰化物作為無機氮(KNO_3和NH_4Cl)的補充氮源來維持其生長的需要。4、簡單氰化物(KCN)、亞鐵氰化鉀和鐵氰化鉀分別脅迫水稻幼苗48小時。用Agilent 4×44 K水稻全基因組芯片分析水稻幼苗葉片和根系的基因表達特征。研究發(fā)現(xiàn):3種氰化物都誘導(dǎo)水稻基因表達的變化,鐵氰化鉀脅迫的水稻幼苗中差異表達的基因數(shù)量遠多于氰化鉀和亞鐵氰化鉀脅迫,尤其是在根系中,表明水稻幼苗對鐵氰化鉀脅迫的應(yīng)答響應(yīng)影響更大;GO功能注釋分析表明,3種氰化物脅迫后,水稻幼苗均可能通過調(diào)節(jié)其體內(nèi)的一些代謝途徑和催化一些酶的活性,一方面是積極誘導(dǎo)與防御相關(guān)的基因以應(yīng)對氰化物的脅迫,另一方面通過植物的主動代謝和轉(zhuǎn)運等解毒過程以降低對植物的傷害;對差異表達基因的推測功能分析,氰化物誘導(dǎo)下,與細胞解毒作用和抗逆相關(guān)的基因、與細胞壁和次生代謝途徑、以及轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)的基因表達量均發(fā)生了較大變化。
【圖文】：

殘留在根系中；他們認為亞鐵氰化物可能是通過一個特殊的載體或者是離子通道進入植物體內(nèi)的。他們假設(shè)：如果亞鐵氰化物能穿過根細胞膜，那么亞鐵氰化物在植物體內(nèi)的遷移就不難理解了。他們最近的研究工作[53]發(fā)現(xiàn) H+-轉(zhuǎn)運體與亞鐵氰化物的吸收有一定的關(guān)系；植物的根系是亞鐵氰化物代謝的主要場所；微量的亞鐵氰化物殘留在在植物葉片中。其它的研究成果也認為柳樹可以吸收鐵氰化物和亞鐵氰化物[27]；這兩種鐵氰絡(luò)合物在植物吸收之前沒有發(fā)生解離，很可能是在植物體內(nèi)發(fā)生了解離，解離的 CN-在植物體內(nèi)則通過氰丙氨酸代謝途徑進行了轉(zhuǎn)化 （鐵氰絡(luò)合物可能的吸收和代謝途徑見圖 1-1）。Kang 等人[29]研究亞鐵氰化鐵（普魯士藍）的植物修復(fù)發(fā)現(xiàn)：植物可以吸收一定量的亞鐵氰化鐵，其中 19%能在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)化；他們還發(fā)現(xiàn)高梁（S. bicolor var. P721）能將其中的 7%14C-標(biāo)記的氰化物轉(zhuǎn)化為14CO2，而亞麻（L. usitassimum var.Omega-Gold）將 6%的氰化物轉(zhuǎn)化成為了14CO2；少量的亞鐵氰化鐵發(fā)現(xiàn)殘留在植物體內(nèi)。

的內(nèi)源氰化物并不能在植物組織中積累[60]，因為植物對簡單氰化物的降解要遠遠大于植物對其的合成能力[61]。研究認為產(chǎn)氰植物對簡單氰化物的代力要大于非產(chǎn)氰植物[62]；但也有研究顯示，植物在外源簡單氰化物脅迫下氰植物和非產(chǎn)氰植物對簡單氰化物的代謝能力并沒有出現(xiàn)規(guī)律性的趨勢[48]如：產(chǎn)氰類植物的接骨木（S. chinensis）其去除 KCN 的能力是最高的；而非常接近的產(chǎn)氰類植物珊瑚樹（V. odoratissimum Ker-Gawl）卻表現(xiàn)出較低外源氰化物的去除能力[48]。目前，植物對簡單氰化物的轉(zhuǎn)化和代謝主要通下三個途徑：β-氰基丙氨酸途徑、硫轉(zhuǎn)移酶途徑和甲酰胺水解酶途徑[63]，中以氰丙氨酸合成酶途徑在植物中最為常見。氰丙氨酸合成酶途徑：β-氰基丙氨酸合成酶是植物代謝和解毒簡單氰化物要酶，，也是維管植物中常見的酶[62,64-66]。首先，β-氰丙氨酸合成酶能將簡單物和半胱氨酸合成氰丙氨酸和硫化氫[60,62]；然后由腈水解酶參與[55]氰丙氨解產(chǎn)生天門冬氨酸和氨離子[67, 68]（圖 1-2）。
【學(xué)位授予單位】：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X592;X173

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本文編號：2609542