鎘富集植物小飛蓬對(duì)鎘的耐性機(jī)制研究.pdf

1、近年來(lái),全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,隨之而來(lái)的是人類生存環(huán)境的污染加重,人類的健康受到嚴(yán)重威脅,重金屬污染就是人類要面對(duì)的問題。鎘作為重金屬中毒性和遷移性最強(qiáng)的一種,通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)累積并造成危害。人體鎘中毒是積累性的,一旦吸收進(jìn)入人體之后,很難排除體外,對(duì)人群健康危害的特點(diǎn)是低劑量、長(zhǎng)期和慢性中毒。因此,如何消除環(huán)境的鎘污染成為環(huán)境學(xué)界急需解決的重大課題。與傳統(tǒng)重金屬污染修復(fù)方法相比,重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)以其無(wú)污染、低成本的“綠色”修復(fù)成

2、為各國(guó)重金屬污染治理領(lǐng)域的熱點(diǎn)。重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用的前提是發(fā)現(xiàn)重金屬超富集植物,但目前國(guó)內(nèi)外篩選的鎘超富集植物比較少,導(dǎo)師課題組通過(guò)對(duì)福建重金屬礦區(qū)生長(zhǎng)植物的大量調(diào)查,發(fā)現(xiàn)小飛蓬對(duì)鎘有很強(qiáng)的富集能力,但目前對(duì)小飛蓬的鎘機(jī)制還不太清楚,極大地制約了鎘富集植物的推廣應(yīng)用。
　　 有鑒于此,本文以導(dǎo)師課題組前期研究篩選出的鎘富集植物--小飛蓬(Conyza canadensis)為試驗(yàn)材料,試圖通過(guò)盆栽脅迫模擬試驗(yàn),研究小飛

3、蓬在不同鎘脅迫條件下的抗氧化系統(tǒng)、丙二醛、可溶性蛋白、葉綠素、質(zhì)膜透性、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)等生理生化過(guò)程的變化,同時(shí)通過(guò)測(cè)定小飛蓬體內(nèi)有機(jī)酸、非蛋白巰基、植物螯合素、重金屬含量等指標(biāo),探討小飛蓬對(duì)鎘脅迫的耐性機(jī)制,為鎘富集植物在重金屬污染土壤修復(fù)中的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　 1、在鎘脅迫條件下小飛蓬的株高、地上部分鮮重、地下部分鮮重均呈下降趨勢(shì)。但在低濃度鎘脅迫時(shí)表現(xiàn)出一定的耐性,隨脅迫濃度的升高,下降幅度增大。

4、小飛蓬株高、地上部分生物量、地下部分生物量與鎘處理濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01),說(shuō)明鎘脅迫處理對(duì)小飛蓬的生長(zhǎng)有明顯抑制作用。
　　 2、在鎘脅迫條件下小飛蓬葉片相對(duì)電導(dǎo)率逐漸增大,說(shuō)明鎘處理破壞了細(xì)胞膜系統(tǒng),導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增大。隨著鎘脅迫濃度的增加,小飛蓬葉片內(nèi)葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量總體上呈降低趨勢(shì)。與對(duì)照相比,鎘濃度400mg·kg-1處理的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量均呈顯著差異(P＜0.05

5、)。說(shuō)明鎘脅迫可能對(duì)葉綠體結(jié)構(gòu)造成了破壞。在鎘處理下小飛蓬SOD隨著鎘處理濃度的增加呈先升高后降低趨勢(shì),在100mg·kg-1時(shí)活性達(dá)到最大值。POD、CAT隨著鎘處理濃度的增加呈先升高后降低趨勢(shì),在200mg·kg-1時(shí)活性達(dá)到最大值。說(shuō)明這3種抗氧化酶對(duì)活性氧的清除能力受鎘處理濃度影響,當(dāng)處理濃度繼續(xù)增加到一定范圍時(shí),酶清除能力受到抑制,細(xì)胞內(nèi)活性氧大量積累并造成膜脂過(guò)氧化。隨鎘脅迫濃度的增加,小飛蓬葉片的MDA含量總體上呈先升高后

6、降低趨勢(shì),但變化幅度較小。說(shuō)明小飛蓬受鎘處理濃度的影響較小,表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗氧化能力。隨鎘處理濃度的增加,小飛蓬葉片可溶性蛋白含量總體上呈先緩慢上升后逐漸下降趨勢(shì)。說(shuō)明低濃度時(shí)鎘可以誘導(dǎo)新蛋白質(zhì)的合成,而高濃度時(shí)抑制了蛋白質(zhì)合成,造成部分蛋白質(zhì)分解。
　　 3、小飛蓬葉片、根的非蛋白巰基含量、GSH含量、PCs含量隨鎘處理濃度的增加呈逐漸上升趨勢(shì),但在最高濃度400mg·kg-1時(shí)根含量略有下降。鎘處理濃度與葉片非蛋白巰基含量、G

7、SH含量、PCs含量的相關(guān)系數(shù)分別為0.907、0.827、0.813,呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01);根的相關(guān)系數(shù)分別為0.945、0.923、0.813,呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)。說(shuō)明在鎘的脅迫下,小飛蓬啟動(dòng)了合成PCs的機(jī)制,與鎘螯合生成無(wú)毒的螯合物,以減輕鎘對(duì)植株的傷害,PCs可能是小飛蓬抵御重金屬傷害的機(jī)制之一。
　　 4、小飛蓬葉片在鎘處理下各種有機(jī)酸的測(cè)定表明:鎘對(duì)小飛蓬葉片蘋果酸、酒石酸、草酸、乙酸、檸檬酸

8、均未有明顯誘導(dǎo)作用。小飛蓬根在鎘的處理下蘋果酸、檸檬酸含量呈上升趨勢(shì)。鎘處理濃度與小飛蓬根的檸檬酸含量相關(guān)系數(shù)為0.671,呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)。草酸含量在鎘處理下均低于對(duì)照含量,僅在最高濃度時(shí)含量超過(guò)對(duì)照水平,整體未有明顯誘導(dǎo)作用。因此,有機(jī)酸代謝可能不是小飛蓬的耐鎘機(jī)制。
　　 5、葉綠體在低濃度鎘處理下時(shí)開始膨脹,但結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化;高濃度時(shí)部分葉綠體由原來(lái)的長(zhǎng)橢圓形膨脹為球形,類囊體排列較紊亂。線粒體在低濃度

9、時(shí),線粒體嵴突排列無(wú)序,部分嵴突膨脹;高濃度時(shí),線粒體出現(xiàn)空泡,嵴突膨脹,但雙層膜依然完整。細(xì)胞核在鎘處理下核質(zhì)分布均勻,核膜清晰完整,沒有明顯受害跡象。說(shuō)明葉綠體和線粒體在鎘處理下比較敏感,葉綠素含量下降,但細(xì)胞核則未受明顯傷害,仍能繼續(xù)生長(zhǎng)。
　　 6、隨鎘處理濃度的增加,小飛蓬葉片和根的鎘累積量呈逐漸升高趨勢(shì)。在鎘處理濃度400mg·kg-1時(shí),葉片鎘含量為180.248mg·kg-1,根鎘含量達(dá)232.412mg·kg-