苔蘚作為監(jiān)測大氣重金屬污染的指示植物已得到廣泛應用,但關于各種重金屬污染物對苔蘚的致毒機理還不十分清楚。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復合脅迫下,苔蘚表觀形態(tài)的變化、細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Pb-Ni復合脅迫的響應差異,為苔蘚生物監(jiān)測過程中對苔蘚材料的選擇提供了依據;通過Pb-Ni復合脅迫對苔蘚的濃度效應和時間效應研究,揭示了Pb-Ni復合脅迫對苔蘚的毒害機理,為大氣重金屬污染的苔蘚生物監(jiān)測提供了理論基礎和科學依據;根據苔蘚對Pb-Ni脅迫的響應規(guī)律,篩選出對重金屬污染敏感的生理指標,并嘗試將其作為生物標志物對大氣重金屬污染進行監(jiān)測與評價,從而為大氣重金屬污染的監(jiān)測和預警提供一種簡便和靈敏方法。主要研究結果如下: 1.不同品種苔蘚對Pb/Ni脅迫的響應存在明顯差異。本研究采用的3種苔蘚對Pb/Ni脅迫的耐受性大小為:大羽蘚大灰蘚毛尖青蘚。這一結果與3種苔蘚的不同形態(tài)和細胞結構有關。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,使重金屬進入苔蘚細胞的機會增多,從而對苔蘚生理活性和細胞結構產生較大影響;從細胞結構上看,大羽蘚葉片細胞中具有1-2個疣,這有利于重金屬在其細胞內的區(qū)隔化,從而在一定程度上降低了重金屬對細胞的傷害;大灰蘚細胞壁厚,能在一定程度上阻礙重金屬離子進入細胞,因而能起到部分保護作用;毛尖青蘚細胞壁薄而且透明,金屬離子更容易進入其細胞內部,使其對Pb/Ni脅迫的敏感性在3種苔蘚中最強。據此,在用苔蘚對大氣重金屬污染進行監(jiān)測的過程中,在保證苔蘚樣品量的條件下,應優(yōu)先選擇對污染敏感性最強的毛尖青蘚作為苔蘚生物監(jiān)測材料。 2. Pb/Ni單一脅迫對苔蘚生理活性的影響研究表明,較低濃度Pb/Ni脅迫對苔蘚葉綠素(Chl)的合成具有促進效應,較高濃度Pb/Ni脅迫對Chl的合成具有抑制效應;Pb/Ni單一脅迫導致了苔蘚體內超氧自由基(·O2-)和過氧化氫(H2O2)兩種活性氧自由基的累積、膜脂過氧化程度的加劇(表現為丙二醛(MDA)含量的增加)、脯氨酸(Pro)含量增加,而且這些物質的累積量均隨脅迫濃度的增加而增大;在Pb/Ni脅迫下,苔蘚體內非酶抗氧化劑抗壞血酸(AsA)逐步累積,超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)等抗氧化酶的活性降低,過氧化物酶(POD)活性增加。POD在清除H2O2中具有重要作用。 3. Pb-Ni復合脅迫對苔蘚的毒害效應與復合方式與脅迫濃度有關。當與Pb復合的Ni濃度小于0.01 mM時,復合效應主要表現為較低濃度Ni對Pb毒性的緩解作用;當Ni濃度大于0.1 mM時,復合效應主要表現為較高濃度Ni對Pb毒性的增強作用。 4. Pb-Ni復合脅迫對苔蘚傷害的時間效應研究表明,隨著Pb-Ni脅迫時間的延長,苔蘚表觀受害程度逐漸增加,苔蘚葉片依次表現出失綠、發(fā)黃、褐變、凋亡等癥狀。當脅迫時間不足2 d時,苔蘚Chl含量下降不顯著,苔蘚外觀也沒有失綠等受損現象;但苔蘚體內已有活性氧自由基(·O2-和H2O2)和MDA的累積以及抗氧化酶SOD、CAT、APX活性的下降。當脅迫時間為2-4 d時,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。當脅迫時間為4-8 d時,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)黃面積逐漸擴大,到8 d時幾乎完全變黃。當脅迫時間大于8 d時,苔蘚葉片逐步發(fā)生褐變,到16 d時完全處于凋亡狀態(tài)。 5. Pb-Ni脅迫對苔蘚的毒害機理以及苔蘚對Pb-Ni復合脅迫的響應機制為:Pb-Ni脅迫導致苔蘚體內活性氧自由基的累積,繼而對苔蘚造成氧化脅迫,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個系統(tǒng)能在一定范圍內清除機體內過多的活性氧,維持自由基代謝的動態(tài)平衡,從而保護苔蘚細胞免受傷害。在較低濃度Pb-Ni脅迫下,苔蘚細胞的自由基清除系統(tǒng)基本能清除Pb-Ni脅迫所產生的活性氧,避免其對機體的傷害。隨著脅迫濃度和脅迫時間的增加,苔蘚體內自由基逐漸累積;當超過苔蘚自身的清除能力時,這些自由基便與脂質、蛋白質和核酸等分子發(fā)生反應,阻礙酶類的合成和活性,從而導致苔蘚抗氧化酶系統(tǒng)活性下降、膜系統(tǒng)發(fā)生脂質過氧化反應(MDA累積)、Chl降解,細胞結構和功能遭到破壞,最終致使苔蘚凋亡。 6.在苔蘚的生理指標中,丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量以及過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)活性對Pb/Ni脅迫具有單一的濃度依賴性和劑量-效應關系,因此可作為苔蘚遭受重金屬脅迫的生物標志物。 7.苔袋法和苔蘚生物標志物監(jiān)測法分別對重慶和上海市區(qū)大氣重金屬污染的監(jiān)測結果表明:2種監(jiān)測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)境污染物對生物的毒害效應,集中于對生物發(fā)生作用的部分。在其它環(huán)境條件一致的情況下,苔蘚生理指標的變化基本能綜合反映大氣重金屬污染狀況及其可能對生物產生的效應,該方法能靈敏的反映環(huán)境質量的變化,對大氣環(huán)境污染可以起到監(jiān)測和預警作用,這對于環(huán)境污染的防治具有重要意義。
【學位單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：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干。用尼龍篩網(網眼 2.0×2.0mm)做成如圖6-1 所示的矩形袋子[33]。將 3.0±0.1 g 風干苔蘚裝進袋內，頂端縫合即成苔袋。其尺寸為 15.5×6.5 cm�？商峁┘s 100 cm2的苔蘚表面面積。制作苔袋的每一步操作，都應戴乳膠手套以避免污染，裝好的苔袋置于塑料袋內密封儲存?zhèn)溆谩?.2.1.4 監(jiān)測點選擇

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

圖 6-2 苔袋監(jiān)測點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】

相關期刊論文 前2條

1 李朝陽;陳玲;馬陶武;李菁;龔雙姣;李紅亮;;濕地匍燈蘚(Plagiomnium acutum)對Pb脅迫的生物標志物響應[J];農業(yè)環(huán)境科學學報;2012年02期

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

本文編號：2868881