低浓度Cd胁迫下水生植物体内植物络合素的响应规律

摘要

水生植物是水生生态系统的重要组成部分，在维持及恢复生态系统的稳定性中发挥重要作用。目前对PCs的研究成果主要来自陆地植物和低等植物藻类，对水生植物体内PCs的研究存在明显不足，少数被研究的水生植物也多集中在高剂量效应中。鉴于此，本文采用室内模拟方式，以我国分布广泛的漂浮植物水浮莲、沉水植物伊乐藻和金鱼藻为供试材料，借助HPLC分析手段，着重研究了低浓度Cd胁迫下水生植物体内PCs的响应规律。在研究PCs的同时考察了GSH的变化规律，探讨了重金属胁迫下GSH发挥的可能作用以及参与植物抵抗重金属胁迫的机制。通过以上研究，以期反映低浓度Cd胁迫对水生植物生长的影响，并为水体重金属Cd污染的评价和防治提供重要的理论依据。本论文的主要结果归纳如下： 1)通过溶液培养方式，研究了水环境低浓度镉(Cd)(0.01-0.64umol/L)较长时间胁迫下漂浮植物水浮莲(Pistia stratiotes L)和沉水植物伊乐藻(Elodea nuttallii)体内植物络合素(PCs)的响应规律。结果显示，2种水生植物在Cd胁迫下都表现出明显的吸收和积累效应，伊乐藻体内PCs的含量随外界镉浓度的升高而缓慢升高，诱导效果明显弱于水浮莲。水浮莲体内的PCs诱导量与Cd处理浓度存在良好的剂量-效应关系，当Cd浓度≥0.08umol/L时，水浮莲根系产生明显毒害效应且根系内PCs含量急剧增加。回归分析显示，2种水生植物体内PCs的合成水平与Cd的生物毒性呈明显的线性关系，表明PCs可作为重金属Cd胁迫的生物标记物指示重金属的毒害程度。相比较而言，水浮莲体内PCs对Cd污染更为敏感，可通过检测其根系内的PCs含量来评价和预测实际水环境中的Cd污染。 2)通过溶液培养方式，研究了水环境低浓度镉(Cd)(0.01-0.64umol/L)不同时间段暴露下金鱼藻(Ceratophyllum demersum)体内营养元素的吸收状况和植物络合素(PCs)的响应规律．研究结果显示，Cd促进了微量营养元素Cu、Zn的吸收，抑制了Mn的吸收，对Fe的吸收无明显影响。金鱼藻对Cd表现出明显的吸收和积累效应，0.08umol/LCd胁迫对金鱼藻生长产生了抑制作用。Cd暴露期间各处理组PCs诱导量与Cd处理浓度存在显著的响应关系，处理前期(7d)当Cd浓度≥0.02umol/L时，表现为显著的诱导效应(P<0.05)。随着暴露时间的延长，PCs诱导量有下降趋势，但仍明显高于对照。各不同处理时间段下PCs诱导量与镉处理浓度存在良好的剂量效应关系。胁迫7d时呈线性关系，胁迫14d和21d均表现为抛物线型。回归分析显示金鱼藻内PCs的合成水平与Cd的生物毒性存在极显著的正相关关系。表明PCs可作为Cd胁迫的一项敏感的生化指标(biochemical indicator)用来评价和预测实际水环境中Cd的污染。 3)通过溶液培养方式，研究了有机酸存在条件下对水浮莲体内Cd的生物毒性和PCs合成的影响。结果表明，有机酸的适量供应降低了Cd的生物可利用性和生物毒性，其中柠檬酸的加入抑制了水浮莲对Cd的吸收，伴随着体内Cd含量的降低，PCs的诱导量也开始下降，与Cd的生物毒性保持一定的线性关系。EDTA的加入促进了水浮莲体内Cd含量的增加，但PCs的诱导量明显下降，与Cd的生物毒性保持显著的线性关系。Cd胁迫下不同有机酸的加入对水浮莲体内PCs的诱导合成产生不同程度的影响，其变化趋势与Cd的生物可利用性和生物毒性保持一致趋势，对不同有机酸存在条件下的分析表明，Cd胁迫下水浮莲体内PCs的合成与Cd的存在形态(即游离态)有关，而与Cd总量无关。因此，与植物体内Cd总量相比，细胞水平上PCs的合成更能客观反映Cd的生物可利用性和生物毒性，进一步表明PCs是一种有潜力的分子生物标记物。

目录

文摘

英文文摘

前言

声明

第一章引言

1.1植物络合素(PCs)的研究背景及意义

1.2植物络合素(PCs)在重金属胁迫中的作用研究现状

1.2.1 PCs的发现

1.2.2 PCs的结构与合成

1.2.3 PCs合成的基因分离与克隆

1.2.4 PCs合成的调控

1.3 PCs在重金属胁迫中的作用

1.3.1 PCs的生物标记物作用

1.3.2 PCs的重金属解毒作用

1.3.3 PCs调节和维持植物体内金属离子的平衡作用

1.3.4 PCs的抗氧化胁迫作用

1.4 PCs的检测方法

1.5本文研究内容及技术路线

1.5.1本文研究内容

1.5.2技术路线

第二章低浓度Cd胁迫下2种水生植物体内植物络合素(PCs)的响应

2.1概述

2.2材料与方法

2.2.1植物材科与主要的仪器和试剂

2.3植物材料培养与Cd处理

2.3.1 PCs等巯基化合物的分析测定

2.3.2 Cd及其它微量元素的测定方法

2.3.3数据统计分析

2.4结果与分析

2.4.1低浓度Cd较长时间胁迫下2种水生植物的生长情况

2.4.2低浓度Cd较长时间胁迫下2种水生植物对Cd的吸收和积累

2.4.3低浓度Cd较长时间胁迫下2种水生植物体内PCs和GSH的合成情况

2.4.4 Cd胁迫与PCs合成的相关关系

2.5讨论

2.6本章小结

第三章低浓度Cd暴露对金鱼藻营养元素吸收与PCs合成的影响

3.1概述

3.2材料与方法

3.2.1植物材料与主要的仪器和试剂

3.2.2植物材料培养与Cd处理

3.3测定方法

3.3.1 PCs等巯基化合物的分析测定

3.3.2 Cd及其它微量营养元素的的测定方法

3.3.3数据统计分析

3.4结果与讨论

3.4.1低浓度Cd暴露21d后对金鱼藻生长的影响

3.4.2低浓度Cd不同暴露时间段下金鱼藻对Cd的吸收和积累

3.4.3低浓度Cd胁迫对金鱼藻体内微量营养元素吸收的影响

3.4.4低浓度Cd不同暴露时间段下金鱼藻体内PCs和GSH的合成情况

3.4.5 Cd胁迫与PCs合成的相关关系

3.5结论

第四章有机酸存在下水浮莲体内Cd的生物毒性和PCs合成的关系

4.1概述

4.2植物材料与方法

4.3测定方法

4.3.1 PCs等巯基化合物的分析测定

4.3.2 Cd的测定方法

4.3.3数据统计分析

4.4结果与分析

4.4.1有机酸对Cd胁迫下水浮莲生长发育的影响

4.4.2有机酸对Cd胁迫下水浮莲体内Cd富集量的影响

4.4.3有机酸对Cd胁迫下水浮莲体内丙二醛(MDA)的影响

4.4.4 Cd胁迫下水浮莲体内PCs诱导量和GSH含量的变化

4.4.5水浮莲体内PCs诱导量和Cd的吸收量的关系

4.4.6水浮莲体内PCs诱导量和Cd的生物毒性的关系

4.5 讨论

4.6 结论

第五章结论与展望

5.1本文主要结论

5.2有待进一步研究的问题

参考文献

致谢

学术论文发表情况