苔蘚作為監(jiān)測(cè)大氣重金屬污染的指示植物已得到廣泛應(yīng)用,但關(guān)于各種重金屬污染物對(duì)苔蘚的致毒機(jī)理還不十分清楚。本文以大灰蘚(HP)、大羽蘚(TC)、毛尖青蘚(BP)等3種苔蘚為材料,研究Pb-Ni復(fù)合脅迫下,苔蘚表觀形態(tài)的變化、細(xì)胞活性氧自由基的累積與清除、光合系統(tǒng)和膜系統(tǒng)的受損情況、非酶抗氧化系統(tǒng)和抗氧化酶系統(tǒng)的變化,揭示了3種苔蘚對(duì)Pb-Ni復(fù)合脅迫的響應(yīng)差異,為苔蘚生物監(jiān)測(cè)過(guò)程中對(duì)苔蘚材料的選擇提供了依據(jù);通過(guò)Pb-Ni復(fù)合脅迫對(duì)苔蘚的濃度效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)研究,揭示了Pb-Ni復(fù)合脅迫對(duì)苔蘚的毒害機(jī)理,為大氣重金屬污染的苔蘚生物監(jiān)測(cè)提供了理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù);根據(jù)苔蘚對(duì)Pb-Ni脅迫的響應(yīng)規(guī)律,篩選出對(duì)重金屬污染敏感的生理指標(biāo),并嘗試將其作為生物標(biāo)志物對(duì)大氣重金屬污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià),從而為大氣重金屬污染的監(jiān)測(cè)和預(yù)警提供一種簡(jiǎn)便和靈敏方法。主要研究結(jié)果如下: 1.不同品種苔蘚對(duì)Pb/Ni脅迫的響應(yīng)存在明顯差異。本研究采用的3種苔蘚對(duì)Pb/Ni脅迫的耐受性大小為:大羽蘚大灰蘚毛尖青蘚。這一結(jié)果與3種苔蘚的不同形態(tài)和細(xì)胞結(jié)構(gòu)有關(guān)。從表觀形態(tài)上看,大灰蘚和毛尖青蘚葉片有縱褶,葉片縱褶的存在增加了植物體與重金屬的接觸面積,使重金屬進(jìn)入苔蘚細(xì)胞的機(jī)會(huì)增多,從而對(duì)苔蘚生理活性和細(xì)胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響;從細(xì)胞結(jié)構(gòu)上看,大羽蘚葉片細(xì)胞中具有1-2個(gè)疣,這有利于重金屬在其細(xì)胞內(nèi)的區(qū)隔化,從而在一定程度上降低了重金屬對(duì)細(xì)胞的傷害;大灰蘚細(xì)胞壁厚,能在一定程度上阻礙重金屬離子進(jìn)入細(xì)胞,因而能起到部分保護(hù)作用;毛尖青蘚細(xì)胞壁薄而且透明,金屬離子更容易進(jìn)入其細(xì)胞內(nèi)部,使其對(duì)Pb/Ni脅迫的敏感性在3種苔蘚中最強(qiáng)。據(jù)此,在用苔蘚對(duì)大氣重金屬污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過(guò)程中,在保證苔蘚樣品量的條件下,應(yīng)優(yōu)先選擇對(duì)污染敏感性最強(qiáng)的毛尖青蘚作為苔蘚生物監(jiān)測(cè)材料。 2. Pb/Ni單一脅迫對(duì)苔蘚生理活性的影響研究表明,較低濃度Pb/Ni脅迫對(duì)苔蘚葉綠素(Chl)的合成具有促進(jìn)效應(yīng),較高濃度Pb/Ni脅迫對(duì)Chl的合成具有抑制效應(yīng);Pb/Ni單一脅迫導(dǎo)致了苔蘚體內(nèi)超氧自由基(·O2-)和過(guò)氧化氫(H2O2)兩種活性氧自由基的累積、膜脂過(guò)氧化程度的加劇(表現(xiàn)為丙二醛(MDA)含量的增加)、脯氨酸(Pro)含量增加,而且這些物質(zhì)的累積量均隨脅迫濃度的增加而增大;在Pb/Ni脅迫下,苔蘚體內(nèi)非酶抗氧化劑抗壞血酸(AsA)逐步累積,超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)等抗氧化酶的活性降低,過(guò)氧化物酶(POD)活性增加。POD在清除H2O2中具有重要作用。 3. Pb-Ni復(fù)合脅迫對(duì)苔蘚的毒害效應(yīng)與復(fù)合方式與脅迫濃度有關(guān)。當(dāng)與Pb復(fù)合的Ni濃度小于0.01 mM時(shí),復(fù)合效應(yīng)主要表現(xiàn)為較低濃度Ni對(duì)Pb毒性的緩解作用;當(dāng)Ni濃度大于0.1 mM時(shí),復(fù)合效應(yīng)主要表現(xiàn)為較高濃度Ni對(duì)Pb毒性的增強(qiáng)作用。 4. Pb-Ni復(fù)合脅迫對(duì)苔蘚傷害的時(shí)間效應(yīng)研究表明,隨著Pb-Ni脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),苔蘚表觀受害程度逐漸增加,苔蘚葉片依次表現(xiàn)出失綠、發(fā)黃、褐變、凋亡等癥狀。當(dāng)脅迫時(shí)間不足2 d時(shí),苔蘚Chl含量下降不顯著,苔蘚外觀也沒(méi)有失綠等受損現(xiàn)象;但苔蘚體內(nèi)已有活性氧自由基(·O2-和H2O2)和MDA的累積以及抗氧化酶SOD、CAT、APX活性的下降。當(dāng)脅迫時(shí)間為2-4 d時(shí),苔蘚Chl含量繼續(xù)降低,·O2-、H2O2、MDA含量的累積速率和SOD、CAT、APX活性的下降速率加快,苔蘚顏色逐漸變黃。當(dāng)脅迫時(shí)間為4-8 d時(shí),苔蘚Chl含量下降非常顯著,·O2-、H2O2、MDA含量的累積速率和SOD、CAT、APX活性的下降速率趨于平緩,苔蘚葉片發(fā)黃面積逐漸擴(kuò)大,到8 d時(shí)幾乎完全變黃。當(dāng)脅迫時(shí)間大于8 d時(shí),苔蘚葉片逐步發(fā)生褐變,到16 d時(shí)完全處于凋亡狀態(tài)。 5. Pb-Ni脅迫對(duì)苔蘚的毒害機(jī)理以及苔蘚對(duì)Pb-Ni復(fù)合脅迫的響應(yīng)機(jī)制為:Pb-Ni脅迫導(dǎo)致苔蘚體內(nèi)活性氧自由基的累積,繼而對(duì)苔蘚造成氧化脅迫,致使苔蘚的生理活性受到損害。為了維持體內(nèi)活性氧平衡,苔蘚形成了2種主要的自由基清除系統(tǒng):非酶抗氧化系統(tǒng)(AsA)和抗氧化酶系統(tǒng)(SOD、CAT、POD、APX等)。這2個(gè)系統(tǒng)能在一定范圍內(nèi)清除機(jī)體內(nèi)過(guò)多的活性氧,維持自由基代謝的動(dòng)態(tài)平衡,從而保護(hù)苔蘚細(xì)胞免受傷害。在較低濃度Pb-Ni脅迫下,苔蘚細(xì)胞的自由基清除系統(tǒng)基本能清除Pb-Ni脅迫所產(chǎn)生的活性氧,避免其對(duì)機(jī)體的傷害。隨著脅迫濃度和脅迫時(shí)間的增加,苔蘚體內(nèi)自由基逐漸累積;當(dāng)超過(guò)苔蘚自身的清除能力時(shí),這些自由基便與脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等分子發(fā)生反應(yīng),阻礙酶類的合成和活性,從而導(dǎo)致苔蘚抗氧化酶系統(tǒng)活性下降、膜系統(tǒng)發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)(MDA累積)、Chl降解,細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能遭到破壞,最終致使苔蘚凋亡。 6.在苔蘚的生理指標(biāo)中,丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量以及過(guò)氧化氫酶(CAT)和過(guò)氧化物酶(POD)活性對(duì)Pb/Ni脅迫具有單一的濃度依賴性和劑量-效應(yīng)關(guān)系,因此可作為苔蘚遭受重金屬脅迫的生物標(biāo)志物。 7.苔袋法和苔蘚生物標(biāo)志物監(jiān)測(cè)法分別對(duì)重慶和上海市區(qū)大氣重金屬污染的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:2種監(jiān)測(cè)方法均能反映大氣重金屬污染狀況。前者主要反映環(huán)境污染物的總量,后者主要反映環(huán)境污染物對(duì)生物的毒害效應(yīng),集中于對(duì)生物發(fā)生作用的部分。在其它環(huán)境條件一致的情況下,苔蘚生理指標(biāo)的變化基本能綜合反映大氣重金屬污染狀況及其可能對(duì)生物產(chǎn)生的效應(yīng),該方法能靈敏的反映環(huán)境質(zhì)量的變化,對(duì)大氣環(huán)境污染可以起到監(jiān)測(cè)和預(yù)警作用,這對(duì)于環(huán)境污染的防治具有重要意義。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：X831
【部分圖文】：

再用蒸餾水清洗 3 次，然后在清潔的干燥架上自然風(fēng)干。用尼龍篩網(wǎng)(網(wǎng)眼 2.0×2.0mm)做成如圖6-1 所示的矩形袋子[33]。將 3.0±0.1 g 風(fēng)干苔蘚裝進(jìn)袋內(nèi)，頂端縫合即成苔袋。其尺寸為 15.5×6.5 cm。可提供約 100 cm2的苔蘚表面面積。制作苔袋的每一步操作，都應(yīng)戴乳膠手套以避免污染，裝好的苔袋置于塑料袋內(nèi)密封儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?.2.1.4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇

覆蓋與完全暴露的苔袋Fig.6-3Thecoveredanduncoveredmoss-bag

圖 6-2 苔袋監(jiān)測(cè)點(diǎn)JYM, 縉云山; BBD, 北碚區(qū); JBD, 江北區(qū); NAD, 南岸區(qū); JLP, 九龍坡區(qū)Fig.6-2. Moss bag monitoring sites in Chongqing, China. JYM, Jinyun Mountain; BBD, BeibeiDistrict; JBD, Jiangbei District; NAD, Nanan District; JLP, Jiulongpo District.
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 李朝陽(yáng);陳玲;馬陶武;李菁;龔雙姣;李紅亮;;濕地匍燈蘚(Plagiomnium acutum)對(duì)Pb脅迫的生物標(biāo)志物響應(yīng)[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2012年02期

2 孟國(guó)忠;季孔庶;;室內(nèi)空氣污染的植物凈化研究概述[J];林業(yè)科技開(kāi)發(fā);2013年04期

本文編號(hào)：2868881