【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注。在所有重金屬污染中,Cd污染最為嚴重,Cd也以其移動性大、毒性高成為最受關注的元素之一。我國農(nóng)田土壤Cd污染不僅面積大,而且污染程度較重,已成為我國農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的重大問題。近年來,我國學者發(fā)現(xiàn)報道了美洲商陸(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污染土壤植物修復提供了良好的植物材料。然而,這些植物對Cd的吸收、累積、解毒和耐性機理還有待深入研究。本論文以美洲商陸為材料,通過溫室水培實驗,利用抑制劑檢測了植物對Cd的吸收方式,用生化分析和透射電鏡研究了Cd對植物生理生化和超微結構的影響,用超速離心及透射電鏡+能譜技術考察了植物Cd的亞細胞分布規(guī)律,用化學試劑連續(xù)提取探討了植物中Cd的化學形態(tài)及轉化規(guī)律,用蛋白質SDS-PAGE和雙向電泳2-DE分離了植物體內(nèi)Cd脅迫表達差異蛋白。旨在闡明美洲商陸對Cd的吸收和耐性機理,為土壤重金屬污染植物修復提供一定的理論和科學依據(jù)。通過研究取得了以下主要結果： 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對美洲商陸Cd吸收均有一定的抑制作用,說明美洲商陸對Cd的吸收可能存在主動吸收,同時與鈣離子通道密切相關。不同濃度Cd處理對美洲商陸體內(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Cd的吸收可能與Zn離子通道無關,同時植物體對Cd與Mn存在競爭性吸收作用,而P和S可能與美洲商陸對Cd的解毒和耐性過程相關。 生理生化實驗結果表明,當Cd處理濃度低于100μM時,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處理對美洲商陸葉片光合作用和細胞膜沒有明顯影響。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和總葉綠素含量都呈現(xiàn)下降趨勢,說明美洲商陸葉綠素的合成、光合作用進程和生長情況均可能受到了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不盡相同,抗氧化酶對植物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胞結構受到不同程度的破壞,這種因結構破壞而呈現(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、膜脂過氧化加劇而處于氧化狀態(tài)所致。 利用超速離心技術對美洲商陸亞細胞組分進行了分離,結果顯示各亞細胞組分Cd的含量與處理濃度之間具有很好的相關性,且美洲商陸根和葉細胞中大部分Cd都存在于細胞可溶性組分(53.7%-68.3%)或者細胞壁(23.4%-29.1%)中,說明細胞可溶性組分(液泡)和細胞壁是美洲商陸體內(nèi)Cd的主要分布位點。而不同化學提取劑對美洲商陸根、莖和葉的提取結果表明,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)無機鹽存在,而在地上部Cd主要與果膠酸或者蛋白質結合。各提取態(tài)Cd的含量與處理濃度之間具有很好的相關性。Cd形態(tài)分析同樣證實液泡和細胞壁可能在美洲商陸對Cd的耐性和解毒中發(fā)揮了重要作用,從而使植物細胞免受或少受Cd的毒害。 利用SDS-PAGE和2-DE技術研究了Cd脅迫對美洲商陸蛋白質表達的影響,SDS-PAGE結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結果表明Cd處理后美洲商陸根系有26個蛋白點在表達量上有顯著變化,其中8個蛋白點下調表達,18個蛋白點上調表達；而植物葉蛋白2-DE圖譜顯示共有46個蛋白點的豐度發(fā)生變化,其中下調表達大于2倍的蛋白點有21個,上調表達大于2倍的蛋白點為25個。這些蛋白可能是植物對Cd脅迫的響應,參與Cd的螯合,對美洲商陸Cd吸收和耐性起著積極的作用。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：X53

【引證文獻】

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1 劉刊;王波;權俊嬌;商海燕;陸小平;;土壤重金屬污染修復研究進展[J];北方園藝;2012年22期

2 曹春信;劉新華;吳瑛莉;;畜禽養(yǎng)殖場沼肥重金屬污染現(xiàn)狀及其修復技術研究[J];天津農(nóng)業(yè)科學;2013年05期

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1 鐘海濤;鎘在小飛揚草各組織器官積累機理研究[D];華南理工大學;2013年

本文編號：2801288