【摘要】：本文以全國分布廣泛的沉水植物—黑藻為研究對象，以植物非必需金屬元素—Cd和兼具營養(yǎng)和毒害的金屬元素—Cu、Zn為脅迫因子，將黑藻培養(yǎng)在人工模擬的含不同濃度的Cd、Cu、Zn污水中7d，系統(tǒng)研究了黑藻對水體Cd、Cu、Zn污染的反應(yīng)機制。從以下角度進行研究：(1)通過原子吸收光譜和X—射線能譜儀研究了Cd、Cu、Zn在黑藻體內(nèi)的富集：(2)通過原子吸收光譜測定了不同亞細胞組份中Cd、Cu、Zn的含量；(3)用逐步提取法分析了Cd、Cu、Zn在黑藻體內(nèi)存在的化學(xué)形態(tài)；(4)用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP)測定了Cd、Cu、Zn污染對黑藻吸收大量(P，K)和微量營養(yǎng)元素(Ca，Mg，Na，Mn，F(xiàn)e，Cu，Zn)的影響；(5)Cd、Cu、Zn污染對黑藻體內(nèi)活性氧(O_2~-)產(chǎn)生的影響和抗氧化酶(SOD，POD，CAT)的反應(yīng)；(6)Cd、Cu、Zn污染后黑藻葉綠素含量和可溶性蛋白含量的變化；(7)通過激光共聚焦顯微鏡觀察了Cd、Cu、Zn污染后黑藻葉片自發(fā)熒光的變化；(8)通過掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡觀察了Cd、Cu、Zn污染后黑藻葉細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化；(9)用改進的硫化物—銀法研究了Cd、Cu、Zn在黑藻葉細胞中的亞顯微定位分布情況；(10)通過(NH_4)_2SO_4分級沉淀，多次Sephadex G—100和G—75凝膠過濾層析從黑藻體內(nèi)分離和純化Zn結(jié)合蛋白。研究結(jié)果為：(1)水生植物通常被認為能吸收和富集水體中的重金屬，黑藻體內(nèi)的Cd、Cu、Zn含量都隨介質(zhì)中的金屬濃度的增大而幾乎呈線性增長趨勢，統(tǒng)計分析都達到極顯著正相關(guān)(R_(Cd)=0.9956，P＜0.01~(**)；R_(Cu)=0.9875，P＜0.01~(**)；R_(Zn)=0.9990，P＜0.01~(**))。黑藻對Cd、Cu、Zn吸收和積累能力(以富集系數(shù)表示)大小不同：對Cd的富集系數(shù)為193～307；對Cu的富集系數(shù)為571～1328；對Zn的富集系數(shù)為346～830。表明黑藻對Cu的吸收能力最大，3重金屬元素都是低濃度更有利于黑藻對金屬元素的吸收和富集。(2)黑藻各亞細胞組份中的Cd、Cu、Zn含量都隨著體內(nèi)含量的增多而上升，各組份的分配多少不同。Cd、Zn的含量都是細胞壁＞可溶性部分＞細胞器，Cu含量為細胞壁＞細胞器＞可溶性部分。顯示出細胞壁在黑藻 中文摘要 對Cd、Cu、Zn的吸收中占重要地位。(3)Cd、Cu、Zn在黑藻體內(nèi)以不同的 化學(xué)形態(tài)存在，Cd和Zn是以IM的NaCI溶液提取態(tài)占優(yōu)勢，而Cu是以80 %乙醉提取態(tài)最多。各結(jié)合形態(tài)的含量多少依次為:Cd: FNaclFH^cF靦戶FE山二01FHe，F(xiàn)Residu。，Cu:FE山anolFHe一FNac一Fwate戶FH^。 FRes.du。，Zn:FNac，F(xiàn)H^。Foe:FEthano.FRosidu。Fwater。(4)黑藻對營養(yǎng)元素的 吸收受Cd、Cu、Zn污染的影響不同。其中，Cd、Cu、Zn都抑制了黑藻對大 量營養(yǎng)元素P和K的吸收，達到顯著或極顯著負相關(guān)。對微量營養(yǎng)元素而言: Cd促進了對Ca、Mn、Fe、Cu的吸收，對Mg和Na的吸收都為先升后降:Cu 和Zn都使黑藻對Ca和Mn吸收先升后降，都顯著促進了對Fe的吸收。Zn還 增加了黑藻體內(nèi)Cu的含量。而Cu則使黑藻體內(nèi)Zn濃度下降。這表明Cd、Cu、 Zn污染后打破了黑藻體內(nèi)外的離子平衡。(5) Cd、Cu、Zn都不同程度的加快 了02一產(chǎn)生速率，統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)都達到了極顯著正相關(guān)(又。二0.9841，P0.01”; Rcd=0.95103，P0.01”;Rzn=0.9534，P0.01’‘);eu使500、POn、e燈活 性下降;Cd也都減弱了SOD和POD活性，而CAT活性在0.5一sm酬處理濃 度時增加;Zn對SOD活性也為抑制作用，當濃度為。.5~sm酬時POD和CAT 活性都上升�；疑P(guān)聯(lián)度分析結(jié)果表明Cd、Cu和Zn脅迫下黑藻起主要保護作 用的分別為POD、POD和CAT，而SOD最易受到影響。所以我們建議將SOD 作為沉水植物監(jiān)測水體重金屬污染的分子生態(tài)毒理學(xué)指標。(6) Cd、Cu處理下 的葉綠素含量也都呈下降趨勢，而0.5~sm留l的Zn濃度刺激了葉綠素合成。 所有Zn處理、0.5m歲1的Cu處理和0.5一lmg/l的Cd處理的葉綠素確值都大 于對照值。除了各Cu處理濃度都使可溶性蛋白含量減少外，0.5一sm酬的Zn 和0.5一lm歲l的Cd都使其含量增加。(7) Cu、Zn污染后黑藻葉自發(fā)熒光范圍 變窄，峰值變小，平均強度減小。(8)掃描電鏡和透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，隨污染 物濃度的增加，Cd、Cu、Zn對黑藻葉細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)都產(chǎn)生破壞作用，但損傷 程度不同，表現(xiàn)為:細胞壁扭曲，細胞變形;細胞核核仁解體，染色質(zhì)凝集， 直至消失，核膜斷裂:葉綠體類囊體膨脹，被膜破裂;線粒體晴突數(shù)目減少， 線粒體呈空泡狀;質(zhì)壁分離，質(zhì)膜斷裂。(9)目前，硫化物一銀法定位重金屬 僅有對于動物材料的報道，本文則首次將其用于植物樣品中研究。觀察結(jié)果表 明Cd、Cu、Zn在黑藻葉細胞的細胞壁、葉綠體類囊體和細胞核核仁、染色質(zhì) 等都有分布，此外液泡中還發(fā)現(xiàn)有Cd顆粒。這與其誘導(dǎo)的超微結(jié)構(gòu)損傷有較 好的一致性。(10)逆境蛋白是目前研究的熱點，本文初步研究結(jié)果顯示出Zn 中文摘要 處理后促進了黑藻體內(nèi)原先不多的與Zn結(jié)合相關(guān)逆境蛋白的合成，其性質(zhì)有待 進一步研究。綜合起來，黑藻對Cd、Cu、Zn污染的反應(yīng)是多方面的，Cu對黑 藻的毒害最大，致死濃度為0.5~lm留1;Cd次之，致死濃度為:1~Zm創(chuàng)1;zn 最弱，致死濃度為5一6m酬。黑藻的Cu致死濃度已經(jīng)達到國家環(huán)�？偩种朴� 的地面水質(zhì)量標準，可以將其作為監(jiān)測水環(huán)境Cu污染
【圖文】：

圖1一2.對照葉細胞的超微結(jié)構(gòu)Fig.l一2.Ultrastruetureineontrolleafeells圖1.細胞核(N)和葉綠體(CP)x10000F19.1.Nueleus(N)andChloroPlast(CP)X10000圖2.葉綠體(CP)和線粒體(Mi)x15000Fig·2.ChloroPlast(CP)andMitochondria(Mi)X15000圖3一5.Cd對葉綠體(Cp)超微結(jié)構(gòu)的損傷Fig.3一5.DamageofCdtoehloropzast(ep)圖3.0.5m留!Cd處理的黑藻葉細胞，示葉綠體(CP)膨脹X10000Fig.3.Leafeellstreatedwith0.smg/lCd，showingswellingofehloroPlast(CP)X10000圖4.sm留1Cd處理的黑藻葉細胞，示膜斷裂x10000Fig.4.Leafeellstreatedwithsmg/ICd，showingbreakgeofehloroPlastenveloPeX10O00圖5.10m留1Cd處理的黑藻葉細胞，示葉綠體(CP)解體x10000Fig.5.LeafeellstreatedwithI0mg/ICd，showingdisintegrationofehloroPlast了一刃-

Fig·2.ChloroPlast(CP)andMitochondria(Mi)X15000圖3一5.Cd對葉綠體(Cp)超微結(jié)構(gòu)的損傷Fig.3一5.DamageofCdtoehloropzast(ep)圖3.0.5m留!Cd處理的黑藻葉細胞，示葉綠體(CP)膨脹X10000Fig.3.Leafeellstreatedwith0.smg/lCd，，showingswellingofehloroPlast(CP)X10000圖4.sm留1Cd處理的黑藻葉細胞，示膜斷裂x10000Fig.4.Leafeellstreatedwithsmg/ICd，showingbreakgeofehloroPlastenveloPeX10O00圖5.10m留1Cd處理的黑藻葉細胞，示葉綠體(CP)解體x10000Fig.5.LeafeellstreatedwithI0mg/ICd，showingdisintegrationofehloroPlast了一刃-
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號】：X503.2

【參考文獻】

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本文編號：2613842