無根萍生物學特性研究.pdf

1、無根萍屬(Wolffia)隸屬于浮萍科天南星目，是世界上最小的被子植物。該屬植物繁殖速度快；易于培養(yǎng)；結構簡單，只具有一個雄蕊和一個雌蕊；自然狀態(tài)下通常為克隆繁殖，遺傳結構高度一致，具備特定研究目的模式植物的特點，正在或已經(jīng)成為一些實驗室研究光合作用、生物反應器、毒理學、生態(tài)修復和環(huán)境監(jiān)測等的重要模式生物材料；同時還被作為建造航天生活倉和地外生命支撐系統(tǒng)的首選植物。該屬植物蛋白含量高且氨基酸組分平衡，營養(yǎng)價值可與大豆相媲美。但該屬植物一

2、直是分類學界的疑難類群，不同的學者對該屬的分類處理比較混亂;其次，對該屬的生物地理研究也很不夠，尤其是對國產(chǎn)類群的研究；另外，W.globosa作為該屬中國分布的物種，其生理學特性和形態(tài)結構發(fā)育還缺乏研究。為此，本文通過matK基因測序、RAPD標記等手段，結合野外和室內(nèi)的長期觀測，對其分類和中國的地理分布以及生理學特性進行了研究。針對浮萍科植物作為水生植物，其對重金屬和芳香烴衍生物的耐受逆境能力大小，和對淡水水體環(huán)境生態(tài)的指示作用。本

3、文研究了W.globosa具解毒功能的谷胱甘肽轉硫酶的活性；最后，探索了從黃鱔(MonpterusalbusZuiew)中分離純化GSTs的技術與方法并對maGST的部分特性進行了研究。主要研究結果如下：
　　 1.Wolffia系統(tǒng)分類學研究
　　 前人認為，Wolffia柱頭的顏色是重要的分組、分種檢索性狀。我們對其長期、活體、原位、實時跟蹤觀測結果表明，柱頭顏色是Wolffia個體發(fā)育上的變化過程，不是一個穩(wěn)定性狀

4、，用作Wolffiasubgroup內(nèi)組的劃分特征和種的鑒別特征是不適合的。在此基礎上我們重新修定了該屬的分種檢索表。利用形態(tài)分類學性狀——氣孔、長/寬、高/寬以及最大寬度在水面上還是水面下等性狀，認為中國分布的類群應是W.globosa，但亦有W.neglecta存在的證據(jù)。matK基因片段結果支持形態(tài)學的結論。通過廣泛的野外采集，在我國北京、河北和吉林發(fā)現(xiàn)Wolffia的新分布。
　　 2.中國Wolffia居群遺傳學研究<

5、br>　　 以RAPD分子標記對廣泛分布的居群遺傳多樣性研究表明，無根萍屬植物主要以無性繁殖方式繁育，居群主要由單一克隆后代組成，如海河流域以及松花江流域居群；但一些居群亦兼有性繁殖方式，并具較高的遺傳多樣性，如武漢、海南居群。利用MVSP,Popgene和Ntsys等分析方法探討了中國產(chǎn)Wolffia居群遺傳多樣性和地理分布格局間關系。
　　 3.W.globosa的生理學研究
　　 建立了較為完善的W.globos

6、a的無菌培養(yǎng)和保存體系。W.globosa在逆境中，會形成休眠體；同時，發(fā)現(xiàn)不同居群甚至不同克隆系之間其抗逆性和生長速度存在著顯著差異，差異最大的如海南文昌居群的生長速率，是長春居群的4.19倍；不同的時間統(tǒng)計生長周期存在著不同結果，生長節(jié)律每天有兩個生長高峰呈雙“S”型；W.globosa的耐受溫度范圍和pH范圍廣；低濃度的IAA，GA，6-BA，EDDHA-Fe以及EDTA等物質具有促進W.globosa生長的特性；但是，所有這些處

7、理均沒能促使W.globosa從營養(yǎng)生長轉入生殖生長。
　　 4.W.globosa的解剖學研究
　　 W.globosa通常是進行克隆繁殖，通過組織切片發(fā)現(xiàn)無性分枝子體還未伸出母株之前就已經(jīng)完成分化，與此同時分枝子體中又分化出新的子體，分枝呈聚傘狀，子體生長方向彼此相對；另外，生殖生長結構的分化也是在母體中完成的；生殖生長點與營養(yǎng)生長點不是同一生長點。
　　 5.浮萍科植物的毒理學研究
　　 以重金屬C

8、r3+和芳香烴衍生物CDNB溶液處理Wolffia，Spirodela和Lemna，三種水生生物，結果表明Wolffia比Spirodela，Lemna對重金屬和芳香烴衍生物有更強的抗逆能力，如在同等條件下對于Cr3+Wolffia的半致死劑量800GB(≈80mg/L)，而Spirodela和Lemna則分別為10mg/L；20mg/L;表明W.globosa是一個優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境修復植物。與此同時，研究了W.globosa中具有解毒功

9、能的GSTs粗酶液活力在不同濃度的重金屬離子(Cu2+和Cd2+)以及芳香烴衍生物(CDNB和NBD-Cl)隨處理時間的變化情況。
　　 6.從水生生物黃鱔MonpterusalbusZuiew中分離純化GSTs的研究
　　 GSTs活性的變化是環(huán)境監(jiān)測的一個Biomarker，為此研究從M.albus中分離純化GSTs的技術與方法。經(jīng)GSH親和層析純化的酶活力為粗酶液的207倍，進而鑒定了maGST的部分特性。SDS-

10、PAGE電泳和MALDI-TOF/MS表明MaGST為同源二聚體，分子量約為52kDa，單亞基分子量約為26kDa。maGST酶動力學表明對CDNB為13.07±0.37微摩爾每分鐘每毫克蛋白；對NBD-Cl為5.54±0.13微摩爾每分鐘每毫克蛋白；對ECA、4-NPA幾乎沒有活性。在GSH底物飽和，CDNB的Km值和Vmax分別為0.32mM和16.19微摩爾每分鐘每毫克蛋白；CDNB底物飽和，GSH的Km值和Vmax分別為0.44