萝卜铅累积与化学形态分布及超微结构的定位

摘要

萝卜(Raphanus sativus L.)作为十字花科萝卜属，一、二年生重要的根菜类作物，在我国栽培历史悠久，栽培面积逐年增加，而且我国已经成为世界萝卜生产的第一大国。铅(Pb)是一种生物毒性最强、分布最广泛的重金属元素，至今未发现其在生物结构和代谢活动中有任何作用，但长时间暴露在含铅环境，会对生物体造成毒害效应，并被国际癌症机构(IARC)确定为可能的致癌物。近几年我国对铅污染的重视进一步提高。铅能够通过食物链的富集，对人类健康造成危害。大量的研究证实，多数植物都可以吸收铅，并积累在植物的可食用部分，但不同的植物、同种植物的不同品种，甚至不同生态型积累重金属铅的特性不同。尽管植物吸收、累积铅的研究已有报道，但萝卜受到铅胁迫后，如何在萝卜体内累积、转运以及铅的化学结合形态和超微定位的研究还鲜有报道，这极大限制了萝卜污染安全品种的选育。本研究以萝卜为供试材料，研究了36个萝卜基因型在铅胁迫下的基因型差异以及不同浓度铅胁迫下，萝卜各器官中铅积累和转运规律;利用化学试剂提取法研究铅在萝卜不同器官组织中的化学形态;并且利用差速离心法和透射电子显微镜技术研究铅在萝卜不同组织亚细胞结构中的分布。主要研究结果如下:
　　采用营养钵育苗、水培进行铅胁迫的方法，研究了36个萝卜基因型肉质根吸收铅的差异。结果表明，500 mg/L Pb(NO3)2的处理下，不同基因型萝卜根部吸收Pb能力存在显著差异，萝卜根部Pb含量的变幅为:2108.67～15850mg/kg，平均值为7364.27mg/kg DW。高累积基因型和低累积基因型铅含量相差高达7.5倍，并筛选出铅高累积基因型如:‘NAU-SG'、‘NAU-CH’以及低累积基因型如:‘NAU-JLCX’、‘NAU-JYCX’、‘NAU-TDQT’、‘NAU-YH’。
　　采用营养钵育苗、水培进行铅胁迫的方法，研究了不同浓度铅胁迫在萝卜不同器官中的积累和转运。结果显示:当萝卜受到铅胁迫时，须根首先富集大量的铅离子但须根吸收的铅离子却相对较少，但随着处理时间增加，须根富集的铅离子减少，吸收的铅离子增加。‘NAU-XHT’和‘NAU-YH’的根皮部分(分别为1.92～10.80％和0.15～1.74％)比根肉部分(分别为0.44～1.56％和0.11～0.19％)积累较高比例的铅。而且，真根部分根皮(根皮有须根着生;1.44～7.88％)比根颈部分根皮（根皮上没有须根着生，0.48～2.92％）积累更多的铅。‘NAU-XHT’和‘NAU-YH’根头部分也积累大量的铅(分别为1.90～3.95％和0.53～7.31％)。从转运系数（小于0.17）可以看出大部分的铅被滞留在地下部(83.37～99.19％)，只有少部分可以转运到地上部。中低浓度胁迫下，叶中的铅浓度比叶柄中的浓度高，但是随着处理浓度升高和处理时间增加叶柄中的浓度比叶中的浓度增加迅速，在1000 mg/L Pb(NO3)2胁迫下叶柄中的浓度高于叶中的浓度。说明须根富集大量的铅，有一部分被吸收，另有一小部分(0.81～16.63％)向各地上部转运。而且萝卜皮中积累较高比例的铅，而除去皮的根肉中仅吸收少量的铅。
　　采用化学试剂提取法研究铅在萝卜不同组织中的化学形态。结果表明:在‘NAU-XLM’的各组织中，铅主要以难溶的磷酸盐（醋酸可提取态）、草酸盐（盐酸可提取态）以及蛋白质和果胶质结合态（氯化钠提取态）存在，所占比例达到88.11～99.59％，而迁移能力较强的水溶态所占比例较小。‘NAU-XHT’的须根和根皮中也主要以磷酸盐、草酸盐以及蛋白质和果胶质结合态存在，比例高达90.97～97.12％，而根肉和叶中主要以草酸盐、蛋白质和果胶质结合态以及易溶于水的有机酸盐存在，比例达到85.84～94.29％。另外，在三种浓度胁迫下，较低铅累积基因型‘NAU-XHT’各组织相对较高铅累积基因型‘NAU-XLM’含有更高比例的可溶态重金属铅。
　　采用差速离心法和透射电子显微镜(TEM)技术研究铅在萝卜各组织中的沉积，结果显示:须根中大部分的铅分布在细胞壁组分以及细胞核和叶绿体组分中，‘NAU-XLM’和‘NAU-XHT’中比例分别为87.62～93.76％和93.72～95.29％，仅有少部分的铅分布在其它组分中。在萝卜根皮中，细胞壁组分中的含量占主要比例，‘NAU-XLM’和‘NAU-XHT’中分别为54.44～77.94％和46.22～77.73％，但在200 mg/LPb(NO3)2胁迫下，含核糖体的可溶组分中铅含量也较高。在根肉中，铅主要分布在细胞壁组分和可溶组分中，‘NAU-XLM’和‘NAU-XHT'比例分别为74.55～78.31％和68.28～77.10％，但随着处理浓度增加，细胞壁组分的比例增加而可溶部分的组分降低;铅在叶片中的分布规律和根肉中分布相似，主要分布在细胞壁组分和可溶组分中，‘NAU-XLM’和‘NAU-XHT’比例分别为67.51～74.61％和69.05～80.46％。TEM观察发现铅在萝卜根和侧根中，主要沉淀在细胞间隙上，另外细胞壁、细胞膜、液泡和管腔也发现了大量的铅沉淀。

目录

声明

摘要

缩略词表

引言

第一章 文献综述

1 铅污染来源与现状

1．1 土壤中铝污染来源

1．2 铅污染现状

2 铅的毒害作用

2．1 铅对植物的毒害

2．2 铅对人体的毒害

3 铅在植物体内的分布

3．1 铅等重金属在植物体内积累以及转运特征研究

3．2 铅等重金属在植物体内化学形态分布研究

3．3 铅等重金属在植物组织、细胞中的分布研究

4 植物对重金属的抗性机制

4．1 外排与富集作用

4．2 细胞壁沉淀和液泡区室化作用

4．3 抗氧化系统

4．4 络合作用

5 本研究目的与意义

第二章 萝卜铅累积的基因型差异研究

1 材料与方法

1．1 供试材料

1．2 植物培养与铝处理

1．3 测定项目及方法

2 结果与分析

2．1 形态学观察

2．2 萝卜吸收铅含量的基因型差异

第三章 萝卜不同部位铅累积和转运特征研究

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 植物培养与处理

1．3 样品采集与分析

1．4 数据统计分析

2 结果与分析

2．1 铅在‘NAU-XLM’和‘NAU-RG’中的积累

2．2 铅在‘NAU-YH’和‘NAU-XHT’中的积累

2．3 铅在萝卜体内的转运

第四章 铅胁迫下萝卜组织中铅的化学形态分布研究

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 植物培养与处理

1．3 植物组织中化学形态提取

1．4 数据统计分析

2 结果与分析

第五章 铅胁迫下萝卜体内铅亚细胞分布研究

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 植物培养与处理

1．3 数据统计分析

2 结果与分析

2．1 铅在萝卜亚细胞中的分布

2．2 铅在萝卜细胞中的超微定位

全文讨论

1．萝卜铅累积的基因型差异研究

2．萝卜不同部位铅累积和转运特征研究

3．铅胁迫下萝卜组织中铅的化学形态分布研究

4．铅胁迫下萝卜体内铅亚细胞分布研究

5．铅在萝卜各组织和细胞中的迁移及分布规律

全文结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢