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水生植物对Hg<'2+>、Cu<'2+>、Ni<'2+>胁迫的反应机理研究

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重金属是全球环境最重要的污染物之一，毒性强，难缓解，不仅能通过活性氧和矿质营养胁迫等的中介作用，导致植物氧化伤害、代谢紊乱、乃至死亡，并且能通过食物链危害人类身体健康。因此，研究植物重金属伤害及其抗性机理，已经成为有关环境和人类健康的重要问题。本文以分布广泛的沉水植物--菹草和竹叶眼子菜、浮水植物--水鳖和槐叶苹为研究对象，以植物非必需金属元素--Hg2+、兼具营养及毒性的金属元素--Cu2+、植物必需金属元素--Ni2+为胁迫因子，将水生植物培养在人工模拟的分别含有这三种典型重金属的污水中，系统研究了重金属对高等水生植物逆境胁迫的耐受机理。研究结果表明： (1)不同Hg2+浓度(0、1、3、5、7 mg·L-1)胁迫下，菹草叶片内叶绿素含量和可溶性蛋白含量逐渐下降，丙二醛(MDA)含量和游离脯氨酸(Pro)含量逐渐上升，谷胱甘肽(GSH)含量则先升后降。SDS-PAGE蛋白电泳图的条带随Hg2+浓度增加而逐渐减少，亮度也随之减弱，并且在5 mg·L-1和7 mg·L-1 Hg2+时导致了分子量为83600和51300多肽明显丢失，导致了Hg2+在菹草叶细胞中大量积累，促进对Ca2+、Fe3+、Mg2+、Zn2+的吸收，降低对大量元素P、K+的吸收。Hg2+处理打破了细胞中各营养元素固有的平衡。Hg2+对菹草的致死浓度范围应在1～3 mg·L-1。 (2)不同Cu2+浓度(0、2、4、6、8 mg·L-1)胁迫下，Cu2+对水鳖的矿质营养吸收产生了影响，主要是促进对Ca2+、Fe3+、Mg2+、Zn2+的吸收，降低对Mn2+、P、K+的吸收；超氧化物歧化酶(SOD)的活性呈下降趋势，过氧化物酶(POD)的活性呈上升趋势，过氧化氢酶(CAT)活性仅略有上升。同工酶酶谱分析显示，随着cu2+浓度的增加，SOD谱带数和表达量均减少。POD谱带数由少逐渐增多，由4带增加到7带，表达量也呈现上升趋势。CAT酶谱带数无明显变化，表达量略存在差异。Cu2+对水鳖的致死浓度范围在2～4 mg·L-1。 (3)不同Cu2+浓度(0、2、4、6、8 mg·L-1)胁迫下，竹叶眼子菜的总叶绿素、类胡萝卜素和可溶性蛋白含量逐渐下降；SOD、POD变化呈逐渐下降，而CAT则呈先升后降趋势。O2产生速率、H2O2、MDA和可溶性糖含量均呈上升趋势。SDS-PAGE蛋白电泳图显示，胁迫导致了分子量为60900、18800、15700、22300和30000多肽的表达量减少或消失。Cu2+对叶片细胞器的超微结构也造成严重损伤，特别是叶绿体，线粒体和细胞核。Cu2+对竹叶眼子菜的致死浓度范围在2～4 mg·L-1。 (4)不同Ni2+浓度(0、5、10、15、20 mg.Lq)胁迫下，Ni2+对槐叶苹叶片的矿质营养元素吸收的影响，主要是促进对Ca2+、Na+、Zn2+、Fe3+、M2+的吸收，降低对Mn2+、Mo2+、P、K+的吸收；叶绿素，类胡萝卜素，可溶性蛋白和可溶性糖含量以及SOD，CAT活性逐渐下降。POD、O2-、H2O2和MDA含量逐渐上升。SDS-PAGE蛋白电泳图显示，胁迫导致了相对分子质量小于17200的多肽增加，诱导了94000多肽的出现和35000多肽蛋白条带表达量加强。 综上所述，重金属对水生植物的胁迫是非常复杂的，其胁迫效应与金属种类有关，也与金属离子的浓度有关。同时，重金属对水生植物的胁迫并不是破坏某一种酶或某一种物质的含量，而是对水生植物整个的生理生化反应和细胞结构造成整体伤害。

计汪栋

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水生植物 胁迫 反应 资助 省教育厅 江苏 自然科学基金项目 科研基金 专项 博士点 高等学校 教育部 可溶性糖含量 产生速率 类胡萝卜素 表达量 谱带 酶谱分析 同工酶 过氧化氢酶

硕士

植物学

施国新

2008

南京师范大学

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