發(fā)布時(shí)間：2020-08-23 08:08

【摘要】：土壤重金屬污染已經(jīng)成為人類所面臨的重大生態(tài)環(huán)境問題,引起了全世界人民的重視與關(guān)注。在所有重金屬污染中,Cd污染最為嚴(yán)重,Cd也以其移動(dòng)性大、毒性高成為最受關(guān)注的元素之一。我國(guó)農(nóng)田土壤Cd污染不僅面積大,而且污染程度較重,已成為我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的重大問題。近年來,我國(guó)學(xué)者發(fā)現(xiàn)報(bào)道了美洲商陸(Phytolacca ameircana L., pokeweed)、東南景天(Sedum alfredii Hance)等Cd耐性植物或超積累植物,為Cd污染土壤植物修復(fù)提供了良好的植物材料。然而,這些植物對(duì)Cd的吸收、累積、解毒和耐性機(jī)理還有待深入研究。本論文以美洲商陸為材料,通過溫室水培實(shí)驗(yàn),利用抑制劑檢測(cè)了植物對(duì)Cd的吸收方式,用生化分析和透射電鏡研究了Cd對(duì)植物生理生化和超微結(jié)構(gòu)的影響,用超速離心及透射電鏡+能譜技術(shù)考察了植物Cd的亞細(xì)胞分布規(guī)律,用化學(xué)試劑連續(xù)提取探討了植物中Cd的化學(xué)形態(tài)及轉(zhuǎn)化規(guī)律,用蛋白質(zhì)SDS-PAGE和雙向電泳2-DE分離了植物體內(nèi)Cd脅迫表達(dá)差異蛋白。旨在闡明美洲商陸對(duì)Cd的吸收和耐性機(jī)理,為土壤重金屬污染植物修復(fù)提供一定的理論和科學(xué)依據(jù)。通過研究取得了以下主要結(jié)果： 美洲商陸具有很高的Cd積累能力,其根系中的Cd含量高于地上部。水培條件下,100μM Cd處理美洲商陸地上部和根系Cd含量分別可達(dá)966.9 mg/kg和8179.1 mg/kg,且受害癥狀較輕；即使在低濃度Cd處理下,美洲商陸仍具有很高的Cd吸收積累能力。解偶聯(lián)劑DNP和鈣離子通道抑制劑LaCl3對(duì)美洲商陸Cd吸收均有一定的抑制作用,說明美洲商陸對(duì)Cd的吸收可能存在主動(dòng)吸收,同時(shí)與鈣離子通道密切相關(guān)。不同濃度Cd處理對(duì)美洲商陸體內(nèi)Cu、Fe、Mn、Zn和P、S等元素的積累影響程度不同。美洲商陸對(duì)Cd的吸收可能與Zn離子通道無關(guān),同時(shí)植物體對(duì)Cd與Mn存在競(jìng)爭(zhēng)性吸收作用,而P和S可能與美洲商陸對(duì)Cd的解毒和耐性過程相關(guān)。 生理生化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)Cd處理濃度低于100μM時(shí),美洲商陸葉綠素a、葉綠素b及膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛MDA含量無顯著變化,說明一定濃度Cd處理對(duì)美洲商陸葉片光合作用和細(xì)胞膜沒有明顯影響。但是隨著處理濃度繼續(xù)增加,植物體內(nèi)葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量都呈現(xiàn)下降趨勢(shì),說明美洲商陸葉綠素的合成、光合作用進(jìn)程和生長(zhǎng)情況均可能受到了Cd不同程度的抑制；而MDA含量明顯增加,則表明高濃度Cd處理使細(xì)胞膜受損加重。此外,美洲商陸葉片不同抗氧化酶活性的變化趨勢(shì)不盡相同,抗氧化酶對(duì)植物Cd毒可能存在一定的緩解作用,但這種作用有一定限度。透射電鏡結(jié)果也顯示Cd脅迫下美洲商陸膜系統(tǒng)、葉綠體和線粒體等細(xì)胞結(jié)構(gòu)受到不同程度的破壞,這種因結(jié)構(gòu)破壞而呈現(xiàn)的植物衰老現(xiàn)象很可能是由于植物體內(nèi)活性氧代謝失調(diào)、膜脂過氧化加劇而處于氧化狀態(tài)所致。 利用超速離心技術(shù)對(duì)美洲商陸亞細(xì)胞組分進(jìn)行了分離,結(jié)果顯示各亞細(xì)胞組分Cd的含量與處理濃度之間具有很好的相關(guān)性,且美洲商陸根和葉細(xì)胞中大部分Cd都存在于細(xì)胞可溶性組分(53.7%-68.3%)或者細(xì)胞壁(23.4%-29.1%)中,說明細(xì)胞可溶性組分(液泡)和細(xì)胞壁是美洲商陸體內(nèi)Cd的主要分布位點(diǎn)。而不同化學(xué)提取劑對(duì)美洲商陸根、莖和葉的提取結(jié)果表明,美洲商陸不同組織中Cd的存在形態(tài)有所不同。在根中,大部分Cd以水溶態(tài)無機(jī)鹽存在,而在地上部Cd主要與果膠酸或者蛋白質(zhì)結(jié)合。各提取態(tài)Cd的含量與處理濃度之間具有很好的相關(guān)性。Cd形態(tài)分析同樣證實(shí)液泡和細(xì)胞壁可能在美洲商陸對(duì)Cd的耐性和解毒中發(fā)揮了重要作用,從而使植物細(xì)胞免受或少受Cd的毒害。 利用SDS-PAGE和2-DE技術(shù)研究了Cd脅迫對(duì)美洲商陸蛋白質(zhì)表達(dá)的影響,SDS-PAGE結(jié)果顯示美洲商陸根系和葉片蛋白的分子量均集中在10～100 kDa,且在～25 kDa和～50 kDa處出現(xiàn)蛋白主帶。與對(duì)照相比,根系蛋白在Cd處理前后變化不明顯,而美洲商陸葉片蛋白譜帶強(qiáng)度在60～150 kDa范圍內(nèi)有所降低,在25～50 kDa則有所增加。2-DE結(jié)果表明Cd處理后美洲商陸根系有26個(gè)蛋白點(diǎn)在表達(dá)量上有顯著變化,其中8個(gè)蛋白點(diǎn)下調(diào)表達(dá),18個(gè)蛋白點(diǎn)上調(diào)表達(dá)；而植物葉蛋白2-DE圖譜顯示共有46個(gè)蛋白點(diǎn)的豐度發(fā)生變化,其中下調(diào)表達(dá)大于2倍的蛋白點(diǎn)有21個(gè),上調(diào)表達(dá)大于2倍的蛋白點(diǎn)為25個(gè)。這些蛋白可能是植物對(duì)Cd脅迫的響應(yīng),參與Cd的螯合,對(duì)美洲商陸Cd吸收和耐性起著積極的作用。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：X53

【引證文獻(xiàn)】

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