铜胁迫对甜菜幼苗生长和光合特性的影响

摘要

铜是植物生长发育必需的微量营养元素,是多种酶的组成成分和活化剂,参与光合作用、电子传递、蛋白质合成等代谢活动。但是,铜过量会对植物产生毒害作用。本论文以甜菜幼苗为实验材料,研究了不同浓度Cu2+处理对甜菜幼苗生长、光合特性、细胞膜透性、超氧化物歧化酶(SOD)、有机酸及无机阴阳离子的影响,从而了解甜菜的耐铜性及在铜胁迫下的响应,以期为探讨铜对高等植物的毒性机制提供一定的参考依据。 主要的研究结果如下: 1.当Cu2+≤250μmol·L-1时,甜菜幼苗生长良好,与对照(0.3μmol·L-1)相比,各生长指标没有显著差异,说明甜菜对铜具有一定的耐受性。但是,随着Cu2+浓度的增加(Cu2+>250μmol·L-1),甜菜幼苗生长受到显著抑制,其单株干、鲜重和叶面积均显著下降,说明在高浓度下甜菜幼苗受到较严重的伤害。 2.甜菜幼苗的净光合速率和光合放氧速率在铜浓度为250μmol·L-1即显著降低,铜浓度越高,降低越明显。气孔导度与和叶绿素含量在250μmol·L-1 Cu2+处理下显著低于对照,且随着铜浓度的增加而降低,胞间CO2浓度没有显著变化。铜处理使甜菜幼苗光合作用能力下降,而造成光合作用能力下降的原因有气孔关闭、光合色素降解。 3.φPSⅡ在250μmol·L-1 Cu2+处理时显著降低,随着铜浓度的增加,降低更明显,说明PSⅡ的光化学活性受到抑制,进而影响到了暗反应碳的固定与同化,最终导致甜菜的光合作用减弱。 4.随着铜浓度的增加,Fv/Fm降低,Fo升高,1000μmol·L-1 Cu2+处理与其他处理组差异显著。铜胁迫对叶片单位面积有活性的PSⅡ反应中心的数量(RC/CSo)影响甚微,而有活性反应中心的关闭程度(VJ)在铜浓度达到1000μmol·L-1 Cu2+时显著增加。在高浓度铜处理下(1000μmol·L-1 Cu2+)光系统Ⅱ受到损伤。Wk在铜浓度为1000μmol·L-1时显著升高,放氧复合体OEC受到严重伤害。 5.当Cu2+浓度为250μmol·L-1时,Sm有所下降但与对照无显著差异,而当Cu2+浓度增加至500μmol·L-1和1000μmol·L-1时,Sm的值显著低于对照。这说明Cu2+>250μmol·L-1时抑制了QA→QB的电子传递,PSⅡ的电子传递活性减弱。 6.铜处理后ABS/CSm,TRo/CSm,ETo/CSm变化趋势是一致的。在250,500μmol·L-1 Cu2+处理下,各参数与对照相比略微增加,差异不显著。当Cu2+为1000μmol·L-1时,各参数显著下降,说明了铜处理使叶片PSⅡ反应中心能够捕获的光能减少,进而使单位面积上用来还原QA的激发能及用于电子传递的能量也减少。而DIo/CSm随着铜浓度的增加逐渐增加,且在Cu2+为1000μmol·L-1时与对照达到显著水平,说明了铜胁迫下植物启动了热耗散机制来防止植物光合机构受到损伤。 7.在铜诱导下SOD酶总活性呈上升趋势,其中以Cu/Zn-SOD1的表达量提高为主,这说明了甜菜幼苗通过抗氧化酶SOD总活性特别是CuZn-SOD1活性升高等来抵御Cu造成的氧化胁迫。但是MDA含量依然增加且在高浓度(500、1000μmol·L-1)Cu2+处理下达到显著水平,说明了高浓度铜处理对甜菜幼苗叶片的氧化胁迫程度增加,造成细胞膜系统损伤,甜菜幼苗细胞膜透性增大。 8.铜胁迫下影响甜菜幼苗有机酸代谢。浓度超过250μmol·L-1 Cu2+时,叶和根中的草酸含量显著低于对照,甜菜叶片和根中中乙酸的含量在500,1000μmol·L-1 Cu2+处理下显著高于对照。而铜胁迫对无机离子的影响不明显,只有在高浓度胁迫下(1000μmol·L-1 Cu2+)各无机离子含量发生显著变化,离子间原有的平衡系统被打破,造成代谢过程紊乱。

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1 文献综述

1.1重金属污染的现状及对植物的毒害

1.2土壤铜污染现状及对植物的影响

1.3 植物对铜胁迫的耐受机制

1.4 甜菜的生物学特性及研究现状

1.5 研究目的及意义

2 材料与方法

2.1实验材料

2.2实验方法

3 实验结果

3.1 铜胁迫对甜菜幼苗生长的影响

3.2不同浓度Cu2+对甜菜叶干、鲜重的影响

3.3 不同浓度Cu2+对茎和根干、鲜重的影响

3.4不同浓度Cu2+处理对甜菜叶面积的影响

3.5 不同浓度Cu2+处理对净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率的影响

3.6不同浓度Cu2+处理对甜菜光合放氧速率的影响

3.7 不同浓度Cu2+处理对叶绿素含量的影响

3.8不同浓度Cu2+处理对PSⅡ光化学特性的影响

3.9 不同浓度Cu2+处理对叶片膜透性的影响

3.10不同浓度Cu2+处理对甜菜叶片MDA的影响

3.11不同浓度Cu2+处理对甜菜叶SOD活性的影响

3.12不同浓度Cu2+处理对甜菜叶SOD同工酶的影响

3.13不同浓度Cu2+处理对甜菜体内草酸含量的影响

3.14不同浓度Cu2+处理对甜菜体内乙酸含量的影响

3.15不同浓度Cu2+处理对甜菜体内无机阴离子含量的影响

3.16不同浓度Cu2+处理对甜菜体内无机阳离子含量的影响

3.17不同浓度Cu2+处理对甜菜体内Cu2+含量的影响

4 讨论

参考文献

英文缩写符号及中英对照表

致谢

攻读硕士论文期间发表论文