海州香薷Cu耐性與積累機制研究.pdf

1、耐性/超積累植物重金屬耐性與積累機制是土壤重金屬污染及其修復(fù)領(lǐng)域的一項重要基礎(chǔ)研究。各國學者針對不同植物種類和不同重金屬污染物，從生態(tài)學、植物生理學、分子生物學等角度開展了廣泛探討。本文根據(jù)前人研究成果，以Cu耐性植物海州香薷為研究對象、重金屬Cu為目標污染物，深入分析了海州香薷Cu耐性和積累機制。另外，本文在方法學方面獲得一定突破，成功建立了生物軟組織LA-ICP-MS定量成像分析法。研究成果主要包括： 明確了海州香薷細胞壁特

2、別是根細胞壁對Cu吸附固定的分子機制。海州香薷細胞壁對Cu具有較強的吸附能力，且根細胞壁比地上部細胞壁對Cu具有更高的親和力，能夠吸附更多的Cu。Fischer酯化反應(yīng)、氨基甲基化反應(yīng)等表明，細胞壁上羧基、氨基和羥基是Cu的主要結(jié)合位點，這些位點存在于纖維素、木質(zhì)素中，而果膠質(zhì)則對Cu的吸附貢獻不大。同步輻射X射線吸收光譜研究表明，細胞壁結(jié)合Cu的分子形態(tài)類似于Cu-組氨酸、Cu-草酸和水合態(tài)Cu2+。 發(fā)現(xiàn)游離組氨酸和半胱氨酸

3、在Cu耐性和積累中的作用。Cu脅迫引起了海州香薷根系中谷氨酸和蘇氨酸含量顯著下降，是根系游離氨基酸總量的下降的主要原因。但是，Cu脅迫顯著提高了海州香薷根、莖和葉中游離組氨酸和半胱氨酸的合成，它們的含量分別與Cu處理濃度和組織中Cu含量成顯著正相關(guān)關(guān)系。特別是莖中組氨酸含量在高濃度Cu脅迫后升高12倍，推測其可能參與了Cu從根系向地上部的轉(zhuǎn)運。組氨酸是海州香薷根、莖、葉中Cu的一個重要配體，參與Cu的螯合解毒。 發(fā)現(xiàn)Cu脅迫后海

4、州香薷根系產(chǎn)生的含Cu蛋白。采用SDS-PAGE和雙向電泳技術(shù)，對Cu脅迫后海州香薷根系蛋白進行分離，發(fā)現(xiàn)Cu脅迫使得根系中的12個蛋白點出現(xiàn)或上調(diào)，17個蛋白點消失或下調(diào)。采用LA-ICP-MS掃描凝膠電泳分離的蛋白點(或條帶)，用107Ag+作為內(nèi)標，能夠清晰表征蛋白點的分布和相對含量；發(fā)現(xiàn)Cu脅迫后產(chǎn)生的含Cu蛋白，以及一些含Zn蛋白；其他元素如Mg、K、Mn、P、S等在凝膠上的分布也予以表征。這些Cu含量較高的蛋白可能是對Cu脅

5、迫的響應(yīng)，參與Cu的螯合，對海州香薷Cu耐性和積累起著積極的作用。 成功建立LA-ICP-MS對生物軟組織中元素分布定位的定量成像技術(shù)，構(gòu)建了新的定量化策略，該技術(shù)能夠清晰表征海州香薷葉片中Cu、K、Mg、Mn、P、S、B等元素的分布定位。通過構(gòu)建實驗室標準參比物質(zhì)，各元素的分布成像能夠?qū)崿F(xiàn)定量化；另外，采用13C+作為內(nèi)標，以校正水分及樣品不均一性對離子強度的影響，本研究發(fā)展了成像LA-ICP-MS技術(shù)的定量化過程，并使之成為