秋茄体内重金属的亚细胞分布及巯基化合物对重金属的响应

摘要

细胞区域化及植物络合素是植物耐受或抗重金属的重要机制。目前有关红树植物体内细胞壁、液泡的区域化，可溶组分及细胞器等对重金属的固定的研究几近空白，而植物络合素等巯基化合物在红树植物抗重金属污染中的作用尚未见报道。本文通过人工模拟砂培秋茄(Kandelia candel(L.) Druce)幼苗，分别以锌浓度为0，50，100，200，400，600，800 ppm，铜浓度为0，10，20，40，60，80，100 ppm，镉浓度为0，2.5，5，10，20，40，60 ppm进行胁迫处理，在T1(7d)及T2(30d)进行取样分析。分析秋茄叶片及根中(Non-protein Thiols，NPT)、谷胱甘肽(Glutathione，GSH)、植物络合素(Phytochelatins.PCs)对重金属的响应，在30天时对秋茄体内的重金属积累及亚细胞分布进行研究。本研究旨在探讨巯基化合物在秋茄抗重金属污染中的作用，研究秋茄对三种重金属的亚细胞分布，为预测与评价Zn、Cu、Cd对红树植物的环境胁迫生理生态效应，寻找重金属污染的生物标记物，研究红树植物对重金属的抗性机制，以及为红树林湿地的保护提供科学依据。结果表明： 1.Zn、Cu、Cd处理下，秋茄幼苗叶片及根中的NPT含量均显著高于CK；Zn处理下，随处理浓度的升高而升高；Cu处理下，随处理浓度的升高而升高而后降低；Cd处理下，随处理浓度的升高而升高而后降低；三种重金属的处理下NPT均表现出一定的浓度效应，且T2值较T1值低。 2.GSH作为植物络合素的合成底物，在Zn、Cu、Cd处理下表现出一定的响应。除GSH在Cu T1处理下变化不明显，其它的处理均表现出升高或升高后降低的趋势。所有处理中，T2值较T1为低。重金属处理促使秋茄幼苗加强GSH的合成，为PCs的生成提供前体物质，对秋茄幼苗抵御重金属毒害具有重要意义。 3.PCs在Zn、Cu、Cd处理下表现出强烈响应，Cd2.5短期处理下PCs是系列最高值，30天处理下Cd2.5、Cd5均较高。Zn、Cu处理下，PCs在高浓度下较高，这表明Cd易引起植物体络合素的生成，Zn、Cu在高浓度下也能促进PCs的合成。PCs的合成对于秋茄清除植物体内游离的重金属离子，缓解重金属离子毒害起到关键作用。 4.Zn处理下各器官均能积累Zn，各器官重金属累积量随处理浓度的升高而升高；Zn800处理下，叶为CK的9.31倍，茎为CK的9.18倍，胚轴为CK的7.79倍，根为CK的9.22倍；各器官中Zn含量的大小依次是根>胚轴>茎叶。Zn的亚细胞分布结果为：叶片中，细胞壁、可溶组分、细胞器组分、蛋白组分、膜组分5个组分的Zn的比例分别为48.06％～61.43％、10.39％～14.41％、13.70％～17.70％、5.13％～8.67％、9.52％～16.36％；根中这5个组分的比例为：46.90％～51.89％、11.69％～15.17％、8.92％～19.75％、4.82％～11.85％、7.32％～13.34％1叶片及根中各组分呈现细胞壁>可溶组分>细胞器组分>蛋白组分>膜组分的趋势。 5.Cu处理下各器官均能累积Cu，表现出随处理浓度的升高而升高的趋势；Cu100处理下，叶、胚轴、茎、根系各器官分别为CK的9.58倍、5.62倍、6.12倍、9.51倍；各器官中Cu含量的大小依次是根>胚轴>茎叶。Cu的亚细胞分布结果为：叶片中，细胞壁、可溶组分、细胞器组分、蛋白组分、膜组分5个组分的Cu的比例分别为：45.39％～63.03％、3.52％～8.69％、14.76％～22.14％、9.59％～22.42％、13.52％～19.90％之间；根中为：44.90％～56.45％、4.90％～10.93％、12.85％～23.40％、7.28％～15.62％、13.21％～24.29％；叶片中CK及低浓度时上呈现细胞壁>可溶组分>蛋白组分>细胞器组分>膜组分的趋势，高浓度时呈现细胞壁>可溶组分>蛋白组分>膜组分>细胞器组分的趋势；在根中，呈现细胞壁>可溶组分>蛋白组分>细胞器组分>膜组分的趋势，但在CK及低浓度下，膜组分高于细胞器组分。 6.Cd处理下各器官均能累积Cd，表现出随处理浓度的升高而升高的趋势，各器官对Cd的积累量显著高于CK，叶为CK的29.24倍，茎为CK的38.15倍，胚轴为CK的106.14倍，根为CK的1310.32倍。Cd在各器官中的含量大小依次是根>胚轴>茎叶。Cd的亚细胞分布结果为：叶片中，细胞壁、可溶组分、细胞器组分、蛋白组分、膜组分5个组分的Cd的比例分别为：53.25％～66.90％、9.48％～13.99％、9.76％～24.08％、5.16％～8.53％、3.59％～7.78％之间，根中：50.26％～79.23％、8.35％～27.96％、13.98％～32.98％、4.70％～12.36％、4.74％～10.15％。叶片中在CK及低浓度时上呈现细胞壁>可溶组分>蛋白组分>细胞器组分>膜组分的趋势，高浓度时呈现细胞壁>可溶组分>蛋白组分>膜组分>细胞器组分的趋势；根中呈现细胞壁>可溶组分>细胞器组分>蛋白组分>膜组分的趋势。 7.各器官中重金属含量的大小为根>胚轴>茎叶，亚细胞分布呈现细胞壁>可溶组分>细胞器组分>蛋白组分>膜组分的趋势。这表明秋茄将重金属主要积累在根部位，胚轴及茎叶各有少量分布；而细胞内的重金属，主要结合在细胞壁上，液泡等可溶组分中也具有一定固定重金属的能力，细胞器、膜组分及蛋白组分也能够结合少量重金属。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1植物与重金属

1.1.1重金属及其研究背景

1.1.2重金属对植物的毒害

1.1.3植物对重金属的抗性

1.1.4植物对重金属的避性

1.1.5植物对重金属的耐性

1.2植物络合素在重金属耐性中的作用

1.2.1植物络合素的合成

1.2.2植物络合素的种类和结构

1.2.3 PCs类复合物与植物重金属抗性的关系

1.2.4 PCs的测定方法

1.3红树林生态系统重金属污染研究现状

1.3.1红树植物对重金属污染的抗性

1.3.2红树植物对重金属污染物的累积吸收研究

1.3.3红树植物对重金属污染的抗性机制研究

1.4选题目的及研究意义

2材料与方法

2.1供试植物

2.2试剂与仪器

2.2.1主要试剂

2.2.2主要仪器

2.3试验设计

2.4分析方法

2.4.1 NPT含量测定

2.4.2谷胱甘肽含量的测定

2.4.3重金属亚细胞分级

2.4.4秋茄幼苗重金属元素的含量测定

2.5统计分析方法

3结果与分析

3.1秋茄幼苗非蛋白巯基(Non-protein Ihiols，NPT)对重金属的响应

3.1.1秋茄幼苗叶片NPT对重金属的响应

3.1.2秋茄幼苗根NPT对重金属的响应

3.2秋茄幼苗谷胱甘肽(Glutathione，GSH)对重金属的响应

3.2.1秋茄幼苗叶片GSH对重金属的响应

3.2.2秋茄幼苗根GSH对重金属的响应

3.3秋茄幼苗植物络合素(Phytochelatins，PCs)对重金属的响应

3.3.1秋茄幼苗叶片PCs对重金属的响应

3.3.2秋茄幼苗根PCs对重金属的响应

3.4秋茄幼苗对重金属Zn的累积与分布

3.4.1 Zn在秋茄幼苗根、胚轴、茎、叶中的累积与分布

3.4.2 Cu在秋茄幼苗根、胚轴、茎、叶中的累积与分布

3.4.3 Cd在秋茄幼苗根、胚轴、茎、叶中的累积与分布

3.5重金属在秋茄幼苗叶片及根中的亚细胞分布

3.5.1 Zn在秋茄叶片及根中的亚细胞分布

3.5.2 Cu在秋茄叶片及根中的亚细胞分布

3.5.3 Cd在秋茄叶片及根中的亚细胞分布

4讨论

4.1秋茄幼苗叶片及根中巯基化合物对重金属的响应

4.1.1秋茄幼苗叶片及根中NPT对重金属的响应

4.1.2秋茄幼苗叶片及根中GSH对重金属的响应

4.1.3秋茄幼苗叶片及根中PCs对重金属的响应

4.2秋茄幼苗对重金属的累积与亚细胞分布研究

4.2.1秋茄幼苗对Zn的累积与亚细胞分布研究

4.2.2秋茄幼苗对Cu的累积与亚细胞分布研究

4.2.3秋茄幼苗对Cd的累积与亚细胞分布研究

5结论与展望

5.1主要结论

5.2研究特色与创新

5.3不足之处与展望

参考文献

致谢