适量Zn2+对浮萍Cd2+毒害的缓解效应及过量Zn2+对水花生愈伤组织的毒害效应研究

摘要

锌(Zn)是一种微量元素，广泛参与细胞内各种酶的构成，在有机体内发挥重要作用。同时，作为过渡金属，Zn与有毒重金属Cd具有相似的电荷排布和一些类似的化学性质，因此，适量Zn的供应能够通过竞争植物体对Cd的吸收而缓解Cd的毒害。然而，有关Zn对Cd胁迫下高等水生植物多胺(PAs)代谢紊乱以及脯氨酸(Pro)积累的缓解效应的研究尚不多见。另一方面，当Zn浓度过高时，其本身又会对细胞造成重金属毒害。已有研究多集中于以天蓝遏蓝菜（Thlaspi caerulescens）为代表的遏蓝菜属（Thlaspi）高积累陆生植物，而针对水生植物Zn毒害的研究尚很匮乏。
　　本文先后以高等水生植物浮萍和水花生茎干培养的愈伤组织为实验材料，在人工模拟条件下，分别研究了适量Zn供应对Cd毒害的缓解效应以及过量Zn的毒害效应。研究结果表明:
　　(1)用1、2、3和4μmol/L的Cd2+处理浮萍。随着Cd2+浓度的不断增加，浮萍中Cd大量积累，钙、镁、铁的吸收被抑制，Zn的吸收却没有体现出显著变化;游离态腐胺(f-Put)含量大幅增加而游离态亚精胺(f-Spd)含量降低，游离态精胺(f-Spm)含量轻度增加，故而游离态(Spd+Spm)/Put比例急剧降低;精氨酸脱羧酶(ADC)、鸟氨酸脱羧酶(ODC)和多胺氧化酶(PAO)活性增加;同时，吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)和鸟氨酸转氨酶(OAT)活性上升而脯氨酸脱氢酶(PDH)活性下降，因此游离态脯氨酸大量积累。而20μmol/L Zn的加入，降低了Cd的大量积累;同时通过提高f-Spd和f-Spm的含量缓解了游离态(Spd+Spm)/Put比例的降低;另外，通过保持P5CS、OAT和PDH活性在对照水平上，削弱了脯氨酸的积累。Zn的添加对Cd胁迫下的浮萍体现出一定的缓解效应。
　　(2)用0.2、0.4、0.8和1.6 mmol/L的Zn2+处理水花生愈伤组织。随着Zn2+浓度的增加，水花生愈伤组织中Zn大量积累，钠含量增加，镁、磷、铁含量先升后降;O2(·-)产生速率、H2O2和TBARs含量增加;SOD活性下降，POD、CAT、APX和GR活性先升后降;GSH、AsA和可溶性蛋白含量先升后降;不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分析显示，Zn2+处理下80 kDa左右处出现一条新的肽段;叶绿素a/b比值下降。过量Zn2+胁迫通过引起水花生愈伤组织矿质元素平衡和抗氧化系统的紊乱而对水花生愈伤组织造成损伤。
　　(3)用0.2、0.4、0.8和1.6 mmol/L的Zn2+处理水花生愈伤组织。随着Zn2+浓度的增加，水花生愈伤组织中总Put、总Spm含量先降后升，总Spd含量仅在1.6 mmol/L Zn2+处有显著增加;f-Put含量变化与总Put含量变化趋势相似，f-Spd含量在高金属浓度处降低，f-Spm仅在0.2 mmol/L Zn2+处略有下降;结合态Put(PS-Put)和结合态Spm(PS-Spm)含量先降后升，结合态Spd(PS-Spd)含量逐步增加;束缚态Put(PIS-Put)和束缚态Spd(PIS-Spd)含量降低。ADC和ODC活性增加;PAO和二胺氧化酶(DAO)活性先升后降。P5CS活性先升后降，OAT活性在高金属浓度处增加，PDH活性无显著变化，游离态脯氨酸含量增加。过量Zn2+胁迫造成了水花生愈伤组织多胺代谢过程的紊乱和脯氨酸的大量积累。

目录

声明

摘要

第1章 前言与综述

1 水生植物与水体重金属污染

1．1 重金属在植物体内的分布与积累及对植物吸收矿质元素的影响

1．2 重金属胁迫对植物叶绿素含量的影响

1．3 重金属胁迫对植物的抗氧化体系的影响

1．4 重金属胁迫对植物多胺代谢的影响

1．5 重金属胁迫对植物脯氨酸代谢的影响

2 锌的特点及其在植物中的作用

2．1 作为微量元素的锌

2．2 锌对植物镉毒害的缓解效应

2．3 锌的重金属毒性

第2章 适量锌对浮萍镉毒害的缓解效应研究

2．1 材料与方法

2．1．1 供试材料

2．1．2 实验设计

2．1．3 矿质元素含量的测定

2．1．4 多胺代谢的测定

2．1．5 脯氨酸代谢的测定

2．1．6 统计分析

2．2 结果与分析

2．2．1 适量锌对浮萍镉胁迫下矿质元素含量的影响

2．2．2 适量锌对浮萍镉胁迫下多胺代谢的影响

2．2．3 适量锌对浮萍镉胁迫下脯氨酸代谢的影响

2．3 讨论

第3章 过量锌对水花生愈伤组织生理生化的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 供试材料

3．1．2 实验方法

3．1．3 生理指标的测定

3．1．4 统计分析

3．2 结果与分析

3．2．1 过量锌对水花生愈伤组织矿质元素含量的影响

3．2．2 过量锌对水花生愈伤组织O2.-产生速率、H2O2含量和TBARs水平影响

3．2．3 过量锌对水花生愈伤组织SOD、POD和CAT活性的影响

3．2．4 过量锌对水花生愈伤组织APX和GR活性的影响

3．2．5 过量锌对水花生愈伤组织GSH和AsA含量的影响

3．2．6 过量锌对水花生愈伤组织可溶性蛋白含量及其SDS-PAGE电泳的影响

3．2．7 过量锌对水花生愈伤组织叶绿素含量的影响

3．3 讨论

第4章 过量锌对水花生愈伤组织多胺及脯氨酸代谢的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验方法

4．1．3 多胺代谢和脯氨酸代谢的测定

4．1．4 统计分析

4．2 结果与分析

4．2．1 过量锌对水花生愈伤组织多胺代谢的影响

4．2．2 过量锌对水花生愈伤组织脯氨酸代谢的影响

4．3 讨论

第5章 论文小结

参考文献

附录A 缩略表

附录B 在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢