普瑞杨抗硫代谢机制的研究

摘要

二氧化硫是最常见的污染气体之一，利用植物可以吸收和转化大气污染物是治理大气污染的一项重要措施，其也是我国当前生态文明建设及环境治理研究热点之一。杨树抗硫品种普瑞杨(Populus×euramericana cv.'Purui')是在二氧化硫污染环境中自然选择获得的，具有抗二氧化硫特性的杨树新品种，在治理二氧化硫污染中将可能发挥重要作用。本研究通过运用自制动态熏气系统来模拟大气二氧化硫污染试验，共设置了3个梯度二氧化硫熏蒸浓度:(1)二氧化硫熏蒸浓度为0.7ppm（以下表示为0.7ppm，轻度胁迫）;(2)二氧化硫熏蒸浓度为1.4ppm（以下表示为1.4ppm，中度胁迫）;(3)二氧化硫熏蒸浓度为2.6ppm（以下表示为2.6ppm，重度胁迫），以空气为对照(CK)。对一年生普瑞杨和107杨进行二氧化硫熏蒸胁迫，熏蒸结束后测定两树种叶片中硫酸根离子、半胱氨酸(CyS)和谷胱甘肽(GSH)的含量，亚硫酸盐氧化酶(SO)、5'-腺苷酰硫酸还原酶(APR)、亚硫酸盐还原酶(SiR)、丝氨酸乙酰转移酶(SAT)和乙酰丝氨酸硫裂解酶(OAS-TL)的活性。探究普瑞杨的抗硫策略以及对二氧化硫转化利用的机制。主要结论如下:
　　1.在本试验中，通过比较在同一二氧化硫熏蒸浓度下，普瑞杨和107杨不同叶龄叶片中硫酸根离子含量、SO活性、APR活性、SiR活性、OAS-TL活性、SAT活性、GSH含量和Cys含量，来深入的研究普瑞杨吸收、同化和转化二氧化硫的能力。本研究结果显示，对于植株的新叶，普瑞杨叶片中硫酸根离子含量、GSH含量、SO活性、APR活性、SiR活性和OAS-TL活性都显著高于107杨，Cys含量和SAT活性没有达到显著水平;对于植株的成熟叶来说，只有SO活性与新叶表现出不同的规律，普瑞杨叶片中SO活性与107杨叶片没有达到显著水平。当植株暴露在二氧化硫胁迫环境下，植株可以启动氧化解毒途径，即提高体内SO活性，将多余的有毒亚硫酸盐氧化为无毒的硫酸盐储存。普瑞杨和107杨都可以通过氧化途径来缓解二氧化硫的毒害作用，但普瑞杨的能力要远高于107杨。植株还可以通过同化途径来缓解二氧化硫的毒害作用，即提高APR活性，活化体内处于稳定态的硫酸盐转变为可供植物合成化合物的亚硫酸盐;促进Cys的合成，并进一步转化为GSH和其它含硫化合物。普瑞杨较107杨更耐二氧化硫胁迫，其主要依靠SO和APR的协同作用，SO将有毒的亚硫酸盐转化为无毒的硫酸盐，APR激活稳定态的硫转变为可供植物利用的硫元素，合成GSH等含硫化合物。
　　2.通过比较在同一二氧化硫熏蒸胁迫环境下，同一植株不同叶龄叶片中硫酸根离子含量、SO活性、APR活性、SiR活性、OAS-TL活性、SAT活性、GSH含量和CyS含量，来分析植株的新叶较成熟叶具有更强抗二氧化硫能力的原因。本研究结果显示，对于普瑞杨来说，新叶叶片中硫酸根离子含量、GSH含量、SO活性、APR活性都显著高于成熟叶，SiR在2.6 ppm时达到显著水平，而SAT反而是成熟叶大于新叶，OAS-TL没有显著的差异。对于107杨来说新叶叶片中硫酸根离子含量、GSH含量、SO活性、APR活性、OAS-TL活性都显著高于成熟叶，SiR在1.4 ppm和2.6 ppm时达到显著水平，SAT活性是成熟叶大于新叶。对于植株的新叶来说，SO和APR是起到关键作用的两个酶，将有毒的亚硫酸盐合成GSH来抵抗胁迫环境。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．1 二氧化硫污染现状

1．1．2 二氧化硫污染对植物的胁迫

1．1．3 植物对二氧化硫胁迫抗性机理的研究进展

1．1．4 植物在二氧化硫污染中的作用

1．2 杨树抗硫新品种“普瑞”杨

1．3 研究目标、意义和主要研究内容

1．3．1 研究目的及意义

1．3．2 主要的研究内容

1．3．3 预期目标

1．4 技术路线

第二章 动态熏气系统的研制

2．1 植物对二氧化硫抗性能力的研究方法

2．2 动态熏气系统的研制

2．2．1 设计熏气系统

2．2．2 设计熏气室

2．2．3 组装熏气系统

2．2．4 熏气系统调试

2．3 该动态熏气系统的优点

2．4 该动态熏气系统的具体实施

第三章 材料和方法

3．1 试验材料

3．2 模拟大气二氧化硫污染环境试验设置

3．3 指标测定方法

3．3．1 叶片硫酸根离子的测定方法

3．3．2 叶片半胱氨酸(CyS)和谷胱甘肽(GSH)含量测定

3．3．3 丝氨酸乙酰转移酶(SAT)和O-乙酰丝氨酸硫裂解酶(OAS-TL)活性测定

3．3．4 叶片腺苷酰硫酸还原酶(APR)活性测定

3．3．5 叶片亚硫酸盐氧化酶(SO)活性测定

3．3．6 叶片亚硫酸盐还原酶(SiR)活性测定

3．4 数据分析方法

第四章 结果

4．1 二氧化硫熏蒸对植株叶片中硫代谢相关酶活性的影响

4．1．1 亚硫酸盐氧化酶(SO)

4．1．2 腺苷酰硫酸还原酶(APR)

4．1．3 亚硫酸盐还原酶(SiR)

4．1．4 丝氨酸乙酰转移酶(SAT)

4．1．5 乙酰丝氨酸硫裂解酶(OAS-TL)

4．2 二氧化硫熏蒸对植株叶片中硫代谢产物含量的影响

4．2．1 硫酸根离子

4．2．2 谷胱甘肽

4．2．3 二氧化硫熏蒸对植株叶片中半胱氨酸含量的影响

4．3 小结

4．3．1 二氧化硫熏蒸对普瑞杨和107杨新叶叶片中各物质的影响

4．9．2 二氧化硫熏蒸对普瑞杨新叶和成熟叶中各物质的影响

4．9．3 二氧化硫熏蒸对107杨新叶和成熟叶中各物质的影响

第五章 讨论、结论和展望

5．1 讨论

5．2 结论

5．3 展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢