外源物质对东南景天积累Zn/Pb的影响及其根系在铅胁迫下抗氧化代谢研究

摘要

随着重金属超富集植物研究的不断深入，如何增强重金属积累量及弄清植物对金属的耐性和吸收机理已成为国内外研究的热点。本研究以两种生态型东南景天为试验材料，探讨了外源添加不同浓度钙离子对东南景天吸收积累锌的影响，EDTA在缓解铅毒害方面的作用，不同铅处理浓度下根系铅耐性及抗氧化代谢过程，验证抗氧化酶和抗氧化剂在SedumalfrediiH.解铅毒方面的作用。主要研究结果如下： 1.随着外源Ca2+浓度的上升，两种生态型东南景天总的生物量有所增加，且根系和地上部干物质量均与Ca2+浓度呈正相关，且超积累牛态型地上部增加显著(P＜0.05)，非超积累生态型各处理间差异均不显著。超积累生态型S/R在4mmolL-1Ca2+处理时最大，而非超积累生态型在1mmolL-1Ca2+浓度下S/R值最大，随着Ca2+浓度的增加，其比值有所下降。超积累生态型根长和根表面积均随着外源Ca2+浓度增加而增加，非超积累生态型却显著降低；不同Ca2+浓度对非超积累牛态型东南景天的根直径、体积、侧根数影响较大，均随着Ca2+浓度的增加而降低，超积累生态型东南景天根直径、体积和侧根数随Ca2+浓度的增加无显著变化。 2.超积累生态型根、茎、叶锌含量随着外源Ca2+浓度的增加而上升，但各处理间差异不显著(P＞0.05)，非超积累生态型地上部锌含量显著降低(P＜0.05)。非超积累牛态型根、茎、叶钙含量与外源Ca2+浓度呈显著正相关(P＜0.05)，超积累生态型根系硫含量与外源Ca2+浓度呈极显著正相关(P＜0.01)。超积累生态型东南景天根系锌含量与硫含量随Ca2+浓度的增加变化趋势一致(Y=4.05X-1808.29，R2=0.9153)，根系硫含量的变化对根系锌的吸收、转运具有一定促进作用。外源Ca2+对超积累牛态型东南景天锌吸收、积累有促进作用，而Ca2+浓度的增加抑制了非超积累生态型东南景天对锌的吸收。 3.随着营养液中铅浓度的增加，根系质膜完整性的损伤程度加剧，200μMPb+200μMEDTA处理缓解了根系的细胞死亡数，且单独的EDTA对根系生长无影响。高浓度铅处理显著影响植物的生长(P＜0.05)，生物量与对照相比明显下降，EDTA-Pb与离子态铅相比，改善了根系生长状况，根系生物量有所增加。铅胁迫显著增加了地上部活性氧(ROS)积累量(P＜0.05)，而螯合态EDTA-Pb减少了活性氧的爆发，高浓度铅处理增强了SOD、LOX抗氧化酶的活性，EDTA-Pb复合处理下根系和地上部SOD和LOX活性均显著下降。 4.单一Pb处理植株对铅的积累量远高于对照和EDTA-Pb复合处理。单铅及EDTA-Pb复合处理显著提高了根系Cu含量，根系对Fe的吸收仅在200μMPb时有所增加。单一离子态铅胁迫下，地上部Mg、Ca、K减少，而EDTA-Pb显著促进了Mg、Ca、K的吸收(P＜0.05)。长期水培下富集生态型东南景天根系对EDTA螯合态Pb的吸收是低效的，不利于铅的积累，EDTA缓解了SedumalfrediiH.产生的铅毒害。 5.两种生态型S.alferdiiH.根系质膜完整性损伤程度、脂质过氧化程度与根系铅积累量之间在浓度和空间上存在着一定的的正相关关系。随着外源铅离子浓度的增加，富集生态型和非富集生态型根系细胞分裂区和前形成层的延伸区分别在50μM和25μMPb观察到明显的蓝色，造成根系的质膜完整性损伤。富集生态型根系脂质过氧化出现在25μM，非富集牛态型出现在10μM，铅浓度增加后，根系裂缝的内部区域也能发现明显的颜色变化。营养液培养条件下铅富集牛态型东南景天的最大铅耐性浓度为50μM，而非富集生态型为25μM，超过此浓度后，可看作足造成两种生态型东南景天的亚致死浓度，铅富集型东南景天具有较强的铅耐性。 6.活性氧积累量随着外加pb2+浓度增加而显著升高，富集生态型根系O2-含量低于非富集牛态型，而富集牛态型根系H2O2含量高于非富集牛态型。25～200μM铅显著增加了两种牛态型东南景天根系MDA含量，非富集牛态型根系的丙二醛含量在各处理浓度下均要高于富集生态型。SOD、CAT、POD、APX、LOX等抗氧化酶的诱导减小了铅毒害导致的根系氧化损伤，AsA和GSH含量的增加说明抗氧化剂物质主动参与了活性氧的解毒过程。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号说明及缩略语表

声明

第一章文献综述

1细胞区隔化作用

1.1细胞壁的作用

1.2液泡的积累作用

2根系分泌物质的作用

3抗氧化物质的作用

3.1抗氧化酶

3.2非酶促活性氧清除剂

4铅转运蛋白与特异耐性基因的表达

4.1铅转运蛋白的发现

4.2铅专一运输基因的表达

5有待进一步研究的问题

5.1耐铅植物的筛选

5.2加强有机配位体的研究

5.3耐铅植物根系的作用及根系生理

5.4特异基因的分离与表达

第二章绪论

1立题依据

2主要研究内容

3研究技术路线

第三章外源钙离子对东南景天生长及锌积累的影响

1材料与方法

1.1试验材料

1.2试验设计

1.3测定方法

1.4数据处理

2结果与分析

2.1 Ca2+对两种生态型东南景天生物量的影响

2.2 Ca2+对两种生态型东南景天根系形态的影响

2.3外源Ca2+对两种生态型东南景天体内钙含量的影响

2.4外源Ca2+对两种生态型东南景天体内锌含量的影响

2.5外源Ca2+对两种生态型东南景天体内硫含量的影响

3讨论

第四章EDTA在富集型东南景天缓解铅毒害中的作用

1材料与方法

1.1植物材料与生长环境

1.2组织化学定位

1.3植株生长情况

1.4金属元素测定

1.5 H2O2含量的测定

1.6 O2-含量测定

1.7超氧化物歧化酶(SOD)测定

1.8脂质过氧化物酶(LOX)测定

1.9 ROS荧光显微观察

1.10数据分析与处理

2.结果与分析

2.1根系对Pb和EDTA的耐性

2.2 Pb-EDTA对生物量及铅吸收的影响

2.3铅、EDTA对活性氧的影响

2.4铅、EDTA对抗氧化酶系统的影响

2.5铅、EDTA对矿质营养元素吸收的影响

3讨论

第五章两种生态型东南景天根系铅耐性与抗氧化代谢的关系

1材料与方法

1.1植物材料及相应试验处理

1.2化学试剂

1.3组织化学分析

1.4铅含量分析

1.5脂质过氧化测定

1.6过氧化氢(H2O2)含量测定

1.7超氧阴离子(O2-)含量测定

1.8抗氧化酶活性测定

1.9可溶性蛋白含量测定

1.10抗坏血酸测定

1.11谷胱甘肽(GSH)

1.12数据分析

2结果与分析

2.1质膜损伤与质脂过氧化组织定位观察

2.2根对铅的积累特性

2.3脂质过氧化产物的积累

2.4活性氧的产生

2.5抗氧化酶活性的变化

2.6铅对抗氧化剂的影响

3讨论

3.1根系铅耐性与细胞死亡

3.2氧化胁迫

3.3抗氧化防御系统

综合结论

主要创新点

不足之处与研究展望

参考文献

致谢

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