發(fā)布時(shí)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(jiàn)的污染物種類(lèi)之一,環(huán)境因素的變化會(huì)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(bào)道,但有關(guān)其修復(fù)的機(jī)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?jī)?nèi)容,深入研究不同代謝類(lèi)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(zhǎng)所需補(bǔ)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(lèi)型植物的離體根組織24小時(shí)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):水稻離體根組織對(duì)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(duì)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(duì)大豆和垂柳離體根轉(zhuǎn)化鐵氰化物的的影響較大;試驗(yàn)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(yàn)獲取的溫度系數(shù)(Q_(10))發(fā)現(xiàn),玉米離體根組織對(duì)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(lèi)的扦插柳樹(shù)幼苗6天。結(jié)果發(fā)現(xiàn):3種柳樹(shù)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(shù)幼苗對(duì)水溶液中鐵氰化物的吸收率要高于去除了的葉片柳樹(shù)幼苗,表明蒸騰作用對(duì)植物吸收鐵氰化物有一定的影響;柳樹(shù)幼苗體內(nèi)檢測(cè)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?dú)埓嬖诟抵?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(yùn)輸過(guò)程中都被柳樹(shù)幼苗有效降解,其中旱柳幼苗對(duì)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(jiǎn)單氰化物(KCN)脅迫水稻幼苗48小時(shí)。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(yíng)養(yǎng)液中無(wú)機(jī)氮源(KNO_3和NH_4Cl)對(duì)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(duì)水稻幼苗體內(nèi)硝酸還原酶活性的抑制要大于對(duì)谷氨酰胺合成酶活性的抑制。水稻幼苗也能有效去除營(yíng)養(yǎng)液中的2種鐵氰絡(luò)合物。生長(zhǎng)在KNO_3營(yíng)養(yǎng)液中水稻幼苗對(duì)2種外源鐵氰絡(luò)合物的轉(zhuǎn)化率要遠(yuǎn)大于生長(zhǎng)在NH_4Cl營(yíng)養(yǎng)液中水稻幼苗,而且生長(zhǎng)在KNO_3營(yíng)養(yǎng)液中水稻幼苗對(duì)亞鐵氰化物的轉(zhuǎn)化率要明顯高于對(duì)鐵氰化物的轉(zhuǎn)化率;2種外源鐵氰絡(luò)合物脅迫對(duì)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(shì)非常相似。試驗(yàn)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(wú)機(jī)氮(KNO_3和NH_4Cl)的補(bǔ)充氮源來(lái)維持其生長(zhǎng)的需要。4、簡(jiǎn)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(shí)。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(dá)特征。研究發(fā)現(xiàn):3種氰化物都誘導(dǎo)水稻基因表達(dá)的變化,鐵氰化鉀脅迫的水稻幼苗中差異表達(dá)的基因數(shù)量遠(yuǎn)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(duì)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(guò)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(duì)氰化物的脅迫,另一方面通過(guò)植物的主動(dòng)代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)等解毒過(guò)程以降低對(duì)植物的傷害;對(duì)差異表達(dá)基因的推測(cè)功能分析,氰化物誘導(dǎo)下,與細(xì)胞解毒作用和抗逆相關(guān)的基因、與細(xì)胞壁和次生代謝途徑、以及轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)的基因表達(dá)量均發(fā)生了較大變化。
【圖文】：

殘留在根系中；他們認(rèn)為亞鐵氰化物可能是通過(guò)一個(gè)特殊的載體或者是離子通道進(jìn)入植物體內(nèi)的。他們假設(shè)：如果亞鐵氰化物能穿過(guò)根細(xì)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(yùn)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(chǎng)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(rèn)為柳樹(shù)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(méi)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(guò)氰丙氨酸代謝途徑進(jìn)行了轉(zhuǎn)化 （鐵氰絡(luò)合物可能的吸收和代謝途徑見(jiàn)圖 1-1）。Kang 等人[29]研究亞鐵氰化鐵（普魯士藍(lán)）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?yàn)橹参飳?duì)簡(jiǎn)單氰化物的降解要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于植物對(duì)其的合成能力[61]。研究認(rèn)為產(chǎn)氰植物對(duì)簡(jiǎn)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(jiǎn)單氰化物脅迫下氰植物和非產(chǎn)氰植物對(duì)簡(jiǎn)單氰化物的代謝能力并沒(méi)有出現(xiàn)規(guī)律性的趨勢(shì)[48]如：產(chǎn)氰類(lèi)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(lèi)植物珊瑚樹(shù)（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(duì)簡(jiǎn)單氰化物的轉(zhuǎn)化和代謝主要通下三個(gè)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(jiàn)。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(jiǎn)單氰化物要酶，，也是維管植物中常見(jiàn)的酶[62,64-66]。首先，β-氰丙氨酸合成酶能將簡(jiǎn)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(mén)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：X592;X173

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本文編號(hào)：2609542