蜈蚣草植酸酶特性和抗氧化系统对砷胁迫的响应研究

摘要

砷是环境中优先控制的致癌污染物之一。蜈蚣草是世界首例被公认的砷超积累植物，能够大量吸收污染土壤中的砷。近年来，利用蜈蚣草修复土壤砷污染的技术广泛应用于环境修复领域，然而，有关砷超积累植物砷超积累和解砷毒机理还缺乏系统了解。本项目研究比较了砷胁迫条件下，以普通蕨类植物小叶井口边草(Pterisnervosa.)和禾本科植物玉米(ZeamaysL.)为对照植物，研究了美国佛罗里达州的蜈蚣草(PterisvittataL.(Chinesebrakefern))和湖北省宜昌市的蜈蚣草PterisvittataL.(Chinesebrakefern)抗氧化系统对砷胁迫的响应，以及植酸酶的酶学性质、同工酶的变化差异。主要研究结果如下： 1.砷超积累植物蜈蚣草具有很强的累积砷的能力。本实验条件下，砷处理10天后美国蜈蚣草和宜昌蜈蚣草砷浓度分别达678.408mg/kg和786.044mg/kg，比小叶井口边草(114.715mg/kg)和玉米(89.116mg/kg)的最高砷浓度高5.91-8.82倍。可以认为，2种蜈蚣草都属于砷的超积累植物基因型。 2.在砷胁迫条件下，砷超积累植物拥有更强的抗砷胁迫能力。砷处理提高4种供试植物体内SOD酶的活性，但以砷超积累植物蜈蚣草的酶活性增加最高，达41.61％，最低值则是玉米，只有11.87％；另外，砷胁迫下，蜈蚣草的CAT、AsA-POD和POD酶活性分别比对照增加100.18％、133.33％和224.51％。4种植物以玉米MDA含量增幅最大，达126.31％，其次是蜈蚣草，增加38.06％，小叶井口边草MDA含量没有出现明显变化。此外，2种蜈蚣草GSH含量与对照相提高75.88％，而小叶井口边草和玉米GSH含量并没有出现显著增加。 3.供试4种植物植酸酶都是酸性磷酸酶。植酸酶最适pH值5.0，最适温度40℃。值得注意的是蜈蚣草植酸酶在40℃-700C时，仍然保持100％的酶活性，在80℃时，酶活性仍有73.22％，结果说明，蜈蚣草植酸酶具有较高的热稳定性。据我们所知，这是首次在植物中发现高稳定性的植酸酶。2种蜈蚣草植酸钠最适底物浓度为1mmol/L，而小叶井口边草和玉米植酸钠最适底物浓度为2mmol/L，表明蜈蚣草对底物的亲和性较高。 4.在离体情况下，添加重金属Pb、Cd、As(Ⅲ)、As(V)都显著抑制植酸酶活性，抑制百分比为41.20％-96.10％，其中以As(V)抑制最强，As(Ⅲ)最弱。不同植物来源的植酸酶对重金属抑制的反应有明显差别，其中玉米的抑制作用最明显，植酸酶分别降低90.58％、90.65％和92.19％。小叶井口边草其次，下降值分别为70.28％、65.27％、54.99％，对美国蜈蚣草和宜昌蜈蚣草的抑制作用介于41.20％-53.33％之间。 5.砷处理2种蜈蚣草并没有获得预期的同工酶谱带，但在小叶井口边草和玉米上取得成功。实验发现，在本实验条件下，砷胁迫没有产生新的同工酶谱，但砷胁迫提高了同工酶谱带的强度，表明砷胁迫提高了植物植酸酶的表达。

目录

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声明

第一章文献综述

1前言

2植物对砷胁迫的反应及机理

2.1植物对砷的吸收与分配

2.2植物解砷毒的机理

3植酸酶及其应用研究

3.1植酸酶的分类和酶学特征

3.2植物酸的生理功能

3.3植酸酶的应用研究

4本项目的研究目的、研究内容和意义

第二章植物抗氧化酶系统对砷胁迫的响应

1前言

2材料和方法

2.1供试植物

2.2供试植物的繁殖与培育

2.3供试土壤

2.4试验处理

2.5酶的分析方法

2.6砷的测定

3结果与分析

3.1砷对抗氧化酶的影响

3.2砷对非酶类抗胁迫指示物质影响

3.3砷胁迫下四种植物对砷的吸收

4讨论

5结论

第三章植酸酶的酶学性质及对砷胁迫的响应

1前言

2材料和方法

2.1供试材料

2.2试验方法

2.3植酸酶的酶学性质研究

2.4同工酶测定

3结果和分析

3.1植酸酶的酶学性质

3.2砷胁迫植酸酶同工酶的变化

4讨论

5结论

致谢

参考文献