本文關鍵詞：外源水楊酸對路易斯安娜鳶尾（Iris hexagona W.）鎘吸收、積累和抗性的影響　出處：《南京農業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：路易斯安娜鳶尾(Iris hexagona W.)是20世紀80年代末從國外引進的具有良好推廣前景的水生觀賞植物,具有積累重金屬和觀賞的雙重價值,是一種較為理想的植物修復材料。本文在探明路易斯安娜鳶尾吸收、積累和耐受Cd能力的基礎上,通過外源SA預處理和SA同時處理兩種方式,研究了外源SA提高路易斯安娜鳶尾Cd抗性的作用,不僅為SA對Cd毒害緩解機制提供了理論參考,也為生產栽培上進一步提高路易斯安娜鳶尾的抗Cd能力提供實踐應用方法。采用溶液培養(yǎng),研究了 10、100、500 μMCd濃度處理對路易斯安娜鳶尾生長形態(tài)、葉綠素含量、光合參數、Cd含量、抗氧化酶活性以及細胞結構等指標的影響。結果表明:低濃度10 μMCd處理對路易斯安娜鳶尾生長無明顯影響,隨著Cd脅迫濃度上升,根葉干重和根長顯著降低,葉綠素和光合速率顯著下降。100μM Cd處理時葉內POD、SOD活性顯著上升(P 0.05),但在500μM Cd處理時葉內SOD、POD活性下降。100μMCd和500 μMCd處理時CAT活性均下降,MAD含量均上升。葉、基部莖節(jié)和根中Cd含量均隨著Cd處理濃度的增加而增加,基部莖節(jié)和根的Cd積累量明顯高于葉。10 μM Cd處理14天后,根部Cd含量達到147.67μg g-1干重。經Cd脅迫后,葉的N含量明顯下降,葉、基部莖節(jié)和根中的K相對含量也顯著下降,而P、S相對含量上升。以上結果說明,路易斯安娜鳶尾對低濃度Cd具有較強的抗性和吸收、積累能力,并且基部莖節(jié)和根是主要積累部位。Cd脅迫不僅影響了 N、S、P代謝,還對K的吸收產生重要影響。100 μMCd處理時路易斯安娜鳶尾表現毒害癥狀,但體內抗氧化系統(tǒng)作用明顯,仍具有較強的抗性,500 μMCd處理時路易斯安娜鳶尾葉片萎蔫,根系大量死亡,細胞結構嚴重破壞,超出其生理抗性范圍。在以上研究的基礎上,本文通過外源SA預處理和SA同時處理兩種方式,研究了在Cd脅迫條件下,外源SA對路易斯安娜鳶尾生長的影響。結果表明:與單獨100 μM Cd處理相比,SA預處理后,路易斯安娜鳶尾根的生長狀態(tài)、干重、根系活力得到明顯提高,在500 μMCd處理時,葉的干重、葉綠素含量、光合速率、蒸騰速率、氣孔導度才得到明顯提高。說明SA預處理可以緩解Cd的毒害,而且根對毒害緩解作用反應比較敏感。另外,SA預處理后,與同一濃度單獨Cd處理相比,Cd含量無明顯變化,而能適當促進N、S、P的吸收,說明SA預處理對其生長的緩解作用不是通過減少Cd的吸收量,而是調節(jié)了離子吸收,增強了對Cd的抗性。經SA預處理后,根葉內CAT、SOD、POD、APX活性及Pro含量顯著上升(P0.05),而MDA含量降低。同時,葉肉細胞超微結構明顯改善,根尖細胞出現了很多的小囊泡,部分囊泡內包裹高電子密度顆粒。以上結果說明,SA預處理后路易斯安娜鳶尾體內抗氧化酶活性提高,降低了脂類過氧化,保持生物膜的穩(wěn)定性,減輕了細胞結構傷害。葉綠體結構的改善是SA預處理后光合上升的重要原因,囊泡增多并在其內沉積顆粒是植物SA緩解重金屬毒害的重要機制之一。SA同時處理后,在100μMCd和500 μMCd處理時葉的干重、葉綠素含量、光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度均比同一濃度單獨Cd處理時低,而根的生長狀態(tài)、干重、根系活力均明顯提高。說明根與葉對SA同時處理的反應差異較大,培養(yǎng)液中SA的存在加劇了 Cd對光合作用的抑制。SA同時處理降低了葉內N含量,Cd、P、S相對含量上升,K相對含量則顯著下降,說明SA同時處理增加了植株Cd的吸收,同時進一步抑制了 N、K的吸收。這可能是SA同時處理后地上部光合下降、生長受抑的原因之一。經SA同時處理后,CAT、SOD、POD、APX活性均比同一濃度單獨Cd處理也有所提高,而MDA含量降低,說明SA同時處理也具有激活路易斯安娜鳶尾體內抗氧化系統(tǒng)的作用,但效果不如SA預處理顯著,該結果與SA同時處理后根葉細胞結構改善程度較低相一致。在確定SA預處理可以較好緩解Cd毒害基礎上,我們進一步研究了 100μM Cd脅迫和SA預處理對路易斯安娜鳶尾葉片蛋白質組表達的影響。與對照相比,在100 μMCd脅迫下,路易斯安娜鳶尾葉片蛋白圖譜差異顯著,共有77個蛋白點的豐度超過1.5倍差異表達,其中上調39個,下調28個,新增10個。先經1 μM SA預處理后再經100 μM Cd處理,與對照相比僅有18個蛋白點差異表達。以上結果表明,SA預處理可以顯著提高路易斯安娜鳶尾與對照的2-DE蛋白質點匹配率,進一步證實SA預處理可以顯著減少Cd脅迫引起的蛋白差異表達而緩解了 Cd毒害。3種處理的102個蛋白表達差異點,經MALDI-TOF-MS質譜鑒定,共得到了 54個與外源SA及Cd處理的相關蛋白。這些蛋白參與了光合作用、能量與物質代謝、解毒與抗氧化作用、氨基酸及蛋白質代謝等生理過程,其中抗壞血酸過氧化物酶和熱激蛋白70同源物在SA緩解Cd毒害中發(fā)揮了重要作用。上述研究表明,路易斯安娜鳶尾對100 μM以內Cd脅迫具有較強抗逆性,對一般水體中Cd污染具有較強的抵抗和吸收能力,是一種具有觀賞和富集Cd雙重功能的水生花卉。SA根系預處理能較好地緩解Cd對路易斯安娜鳶尾的毒害,其原因是多方面因素共同作用的結果。
[Abstract]:The effects of exogenous SA on the growth morphology , chlorophyll content , photosynthetic parameters , Cd content , antioxidant enzyme activity and cell structure were studied . The results showed that after SA pretreatment , the activity of CAT , SOD , POD , APX and Pro were obviously increased . The results showed that SA pretreatment could significantly reduce the content of N , Cd , P and S in the leaves . The physiological processes of detoxification and antioxidation , amino acid and protein metabolism , etc . , in which ascorbate peroxidase and heat shock protein 70 homologue have played an important role in reducing Cd toxicity in SA .

【學位授予單位】：南京農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X173;S682.19

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本文編號：1362959