【摘要】：土壤重金屬污染嚴(yán)重影響農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量,甚至沿食物鏈富積威脅到人畜健康。為尋求更有效、可行的治理方法,近年來,一種針對(duì)重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)(phytoremediation)引起了公眾及科學(xué)界的廣泛興趣,即通過金屬積累(metal-accumulating)植物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)并積累從而去除土壤中有害金屬(包括放射性物質(zhì))。經(jīng)野外調(diào)查,我們?cè)谡憬瓥|南部地區(qū)受電鍍廢水、廢棄物嚴(yán)重污染的土壤上發(fā)現(xiàn)了一種無重金屬中毒癥狀、生長旺盛、生物量大的多年生香蒲科(Typhaceae)香蒲屬植物一狹葉香蒲(Typha angustifolia L.)。本研究采用盆栽試驗(yàn),旨在探討該狹葉香蒲對(duì)對(duì)鉻、鎘、鉛脅迫的反應(yīng)及耐重金屬毒害的生理機(jī)理與耐性相關(guān)特異蛋白。主要研究結(jié)果如下： 盆栽試驗(yàn)研究了香蒲對(duì)鉻、鎘、鉛毒害的耐性,并分析測(cè)定了活性氧代謝等相應(yīng)的生理反應(yīng)指標(biāo)。狹葉香蒲播種后90 d和130 d(記作D90,D130)分別進(jìn)行1mM Cr(Ⅵ)、1mM Cd、1mM Pb脅迫處理(denoted as Cr-D90、Cd-D90、Pb-D90和Cr-D130、Cd-D130、Pb-D130),以不施重金屬為對(duì)照(Control-D90、Control-D130)。結(jié)果表明,污染環(huán)境生態(tài)型狹葉香蒲對(duì)重金屬毒害具有很強(qiáng)的抗性,各種重金屬脅迫下香蒲植株地上部并未表現(xiàn)出失綠或壞死等中毒癥狀；鉻、鎘、鉛處理分別顯著增加狹葉香蒲根和地上部莖葉中鉻、鎘、鉛含量,此外,鉻處理(Cr-D90和Cr-D130)莖葉鎘、錳含量比對(duì)照顯著增加26%、113%和38%、782%,明顯降低鉛濃度,但對(duì)銅、鋅、鈣濃度無顯著影響。鎘處理(Cd-D90和Cd-D130)顯著增加莖葉中鈣、錳含量,明顯降低鉻、鋅濃度,對(duì)銅、鐵濃度無顯著影響。鉛處理(特別是Pb-D130處理)顯著降低錳和鎘含量。鉻、鉛、鎘脅迫誘導(dǎo)植株體內(nèi)超氧物歧化酶SOD (superoxide dismutase)、過氧化物酶POD (peroxidase)等抗氧化酶活性的提高；鉛脅迫還顯著促進(jìn)過氧化氫酶CAT(Catalase)、谷胱甘肽過氧化物酶GPX(Glutathione peroxidase)、雙脫氫抗壞血酸還原酶DHAR(Dehydroascorbate reductase)、抗壞血酸過氧化物酶APX(Ascobate peroxidase)等抗氧化酶活性的提高。 研究了香蒲對(duì)鉻、鎘、鉛毒害耐性相關(guān)的特異蛋白。播種后90d和130d香蒲苗分別進(jìn)行1mM Cr(Ⅵ)、1mMCd、1mM Pb脅迫處理30d,取植株莖葉,提取蛋白樣品,應(yīng)用蛋白雙向電泳與質(zhì)譜分析,鑒定鉻、鎘、鉛脅迫特異表達(dá)蛋白。雙向電泳每凝膠圖譜檢測(cè)到約1600多個(gè)蛋白點(diǎn)。鉻、鎘、鉛處理下,與對(duì)照相比,Cr-D90、Cd-D90、Pb-D90(?)(?)Cr-D130、Cd-D130、Pb-D130分別檢測(cè)到44、46、66個(gè)和33、26和62個(gè)差異表達(dá)蛋白點(diǎn);其中3、1和8個(gè)差異表達(dá)蛋白點(diǎn)在二種幼苗(D90、D130)中同時(shí)表現(xiàn)脅迫處理?xiàng)l件下上調(diào)表達(dá)：5、8、5個(gè)差異表達(dá)蛋白點(diǎn)在D90、D130其中之一幼苗表現(xiàn)脅迫處理上調(diào)表達(dá)[Fold increase (treated/control)≥3]。將差異表達(dá)的目標(biāo)蛋白質(zhì)點(diǎn)切下,經(jīng)脫水、還原、烷基化、酶解和脫鹽等處理,MALDI-TOF-MS質(zhì)譜分析,進(jìn)一步應(yīng)用生物信息學(xué)技術(shù),分別鑒定到22個(gè)和4個(gè)重金屬脅迫上調(diào)和下調(diào)表達(dá)蛋白點(diǎn)。鉻脅迫誘導(dǎo)ATP合成酶、核酮糖二磷酸羧化酶-加氧酶小亞基和類卟啉原-Ⅲ氧化酶的表達(dá)：鎘脅迫誘導(dǎo)核酮糖二磷酸羧化酶-加氧酶大亞基表達(dá)：鉛脅迫促進(jìn)碳水化合物代謝途徑中果糖激酶活性,提高了核酮糖二磷酸羧化酶-加氧酶大亞基以及鎂原卟啉Ⅸ螯合酶活性。鉻、鉛處理抑制e1F4F類蛋白表達(dá),鎘和鉛阻礙了葉綠體FtsZ類蛋白和GF14omega表達(dá)。另外,我們觀察了鉻、鎘、鉛脅迫對(duì)香蒲超微結(jié)構(gòu)的影響。鉻、鎘、鉛脅迫損害了香蒲超微結(jié)構(gòu),鉻、鎘、鉛處理的幼苗顯示了擴(kuò)大的液泡和粗糙的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜,葉綠體減少。
【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)】：X173

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