重金属Cr6+对菹草无菌苗的毒害机制研究

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中文摘要：本文选用菹草（Potamogeton crispus L.）无菌苗作为实验材料，以Cr6+作为胁迫因子，将菹草无菌苗培养在人工模拟的含有这种重金属的污水中，运用植物组织培养、透射电镜、液相色谱、原子发射光谱等实验技术，较为系统地研究了菹草无菌苗对重金属Cr6+污染的反应及其抗性机理。同时研究了不同pH处理对菹草Cr6+胁迫效应的影响。研究结果表明: (1)用含不同浓度Cr6+(0、0.01、0.05、0.09、0.13 mmol/L)的培养液对菹草无菌苗处理七天，结果表明，Cr6+胁迫对菹草的细胞超微结构造成了明显损伤。对照组菹草细胞的线粒体嵴突呈管状，间质浓密，嵴突分布均匀;0.09mmol/L Cr6+处理使线粒体嵴突膨胀，排列较为散乱;0.13 mmol/L Cr6+处理的线粒体的嵴突则膨胀成圆形，嵴突排列无序，线粒体呈空泡状。叶绿体在正常细胞中为长椭圆形，类囊体基粒片层排列整齐，被膜和类囊体结构清晰;0.05mmol/L Cr6+处理后，叶绿体开始出现异常，叶绿体膜开始膨胀，出现囊泡;随毒害的加重，0.13 mmol/L Cr6+处理后，类囊体基粒和片层膨胀更为明显，部分膜破裂，且出现大量脂质体。Cr6+胁迫下过氧化氢(H2O2)、丙二醛(MDA)、超氧阴离子(O2·-)积累，高浓度的H2O2及O2·-诱导了抗氧化酶过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性升高，同时小分子抗氧化保护物质如抗坏血酸(ASA)和谷胱甘肽(GSH)含量也应激性增加，此时较高活性的抗氧化酶活性、较高含量的ASA、GSH对活性氧起到较有力的清除作用，减缓了O2·-和H2O2在菹草无菌苗植物体内的进一步积累。随着Cr6+浓度的升高，可溶性蛋白含量呈先升后降趋势。在低浓度Cr6+胁迫下，蛋白质含量提高，但Cr6+浓度达0.13 mmol/L时，菹草的可溶性蛋白含量急剧下降，甚至低于对照。多胺(PAs)代谢方面，Cr6+胁迫显著提高了总多胺含量及游离态(Spd+Spm)/Put比值，菹草在抵抗Cr6+胁迫时，可能通过提高该比值使自身具有更大的抗性。另外，随着Cr6+浓度升高，精氨酸脱羧酶(ADC)的活性呈上升的变化趋势，在0.13 mmol/L Cr6+浓度时达最大值;而鸟氨酸脱羧酶(ODC)活性随着Cr6+浓度升高，先降后升;一定浓度的Cr6+胁迫使多胺氧化酶(PAO)、二胺氧化酶(DAO)等多胺降解酶活性下降，使得PAs含量进一步积累。可见，Cr6+胁迫下菹草体内多胺代谢受到影响，Put向Spd和Spm的转化以及不同状态多胺之间的转化，在菹草抵抗Cr6+胁迫的过程中发挥着重要作用。 (2)本文研究了Cr6+胁迫条件下不同pH处理对菹草无菌苗元素含量、光合色素、活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)、抗氧化酶(SOD、POD、CAT)、脯氨酸(Pro)及多胺(PAs)含量的影响，以探讨不同pH处理影响水生植物Cr6+毒害效应的机制。结果显示:①随着pH值增大，菹草铬积累量呈下降趋势;偏酸性pH处理加剧了菹草对铬元素的蓄积，而偏碱性pH时，铬积累量显著下降。另外，不同pH处理下，Cr6+胁迫所造成的矿质元素失衡程度有所差异，pH7.0处理时矿质元素代谢较为均衡;②Cr6+胁迫下，菹草叶片中叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)，胡萝卜素(Car)含量均随着pH值增高呈先升后降趋势;在pH4.0处理时，光合色素含量最低，而在pH6.0～ pH8.0处理时菹草的失绿症状有所延缓;③Cr6+胁迫下菹草超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性在pH6.0和pH7.0处理组其诱导程度最小;④Cr6+胁迫下pH6.0、pH7.0处理的菹草脯氨酸含量显著提高;⑤pH4.0、pH5.0处理使Put（腐胺）含量提高，而pH6.0、pH7.0处理则促进Spd（亚精胺）含量及游离态(Spd+Spm)/Put比值上升。Spm（精胺）含量总体趋势为随pH值升高而逐步上升，仅在pH4.0、pH5.0处理时Spm含量显著低于对照组菹草。以上结果表明，pH条件可影响菹草对铬及营养元素的积累、抗氧化酶活性、脯氨酸、多胺代谢等生理生化过程，导致铬毒性效应差异。在pH6.0～7.0范围内，菹草能调节抗氧化酶系统，较有效地清除体内ROS，提高机体中脯氨酸、多胺含量及游离态f(Spd+Spm)/Put比值，减轻膜系统脂质过氧化，维持机体内矿质元素平衡，致使毒性效应达最小程度。

作者：

黄敏

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关键词：

菹草无菌苗重金属胁迫抗氧化系统毒害机制超微结构

授予学位：

硕士

学科专业：

生物学;植物学

导师：

施国新

学位年度：

2014

学位授予单位：

南京师范大学

语种：

中文

中图分类号：