單葉新月蕨和三葉新月蕨富集稀土元素的能力及稀土結(jié)合多肽結(jié)構(gòu)的探討.pdf

1、稀土元素(rare earth element，REE)的廣泛應(yīng)用使得其在土壤、環(huán)境乃至食物鏈中不斷傳遞，所造成的潛在的環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)日益引起人們的關(guān)注，尤其是稀土元素日允許攝入量與農(nóng)用安全性探討已成為最新的研究熱點(diǎn)。稀土含量過(guò)高時(shí)，不論是對(duì)植物的生長(zhǎng)還是對(duì)動(dòng)物的骨骼、腦部、臟器和內(nèi)分泌系統(tǒng)等均具有潛在毒性。與傳統(tǒng)污染土壤的化學(xué)和物理修復(fù)技術(shù)相比，近年來(lái)出現(xiàn)的植物修復(fù)技術(shù)提供了一種經(jīng)濟(jì)且有效的土壤污染治理途徑，而且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次

2、污染或破壞。利用該技術(shù)進(jìn)行土壤稀土污染治理的前提是找到對(duì)稀土元素具有特殊富集能力的植物種或基因型，即稀土元素的“超富集體”(hyperaccumulator)。但是與植物超富集重金屬元素的機(jī)理研究相比，稀土元素超富集植物的研究相對(duì)較少，大多數(shù)研究集中于稀土元素在植物體內(nèi)分異規(guī)律方面，對(duì)于稀土在植物體內(nèi)富集的分子機(jī)理的研究有待深入。 本文以稀土元素超富集植物單葉新月蕨(Pronephrium simplex)為對(duì)象，研究其在自然

3、條件下對(duì)稀土元素的超富集能力，利用脅迫培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其耐受和富集能力，考察稀土元素在超富集植物體內(nèi)的分布及賦存狀態(tài)，分離表征在超富集過(guò)程中起重要作用的稀土結(jié)合多肽，探討可能的超富集機(jī)理，為稀土污染的植物修復(fù)技術(shù)提供理論和實(shí)踐依據(jù)。同時(shí)，介紹一種新發(fā)現(xiàn)的稀土元素超富集植物--三葉新月蕨(Pronephrium triphyllum)。 研究自然保護(hù)區(qū)內(nèi)單葉新月蕨體內(nèi)的稀土含量分布，結(jié)果顯示，該植物葉片內(nèi)的稀土含量高達(dá)1249.37

4、μg g-1，是其生長(zhǎng)地母土中稀土含量的51.8倍，是母土中生物可利用態(tài)稀土含量的650.7倍，表明單葉新月蕨對(duì)稀土元素具有很強(qiáng)的富集能力，是稀土元素超富集植物；且葉片中的稀土含量分異現(xiàn)象與其生長(zhǎng)地母土中的一致。采用凝膠色譜和反相色譜純化單葉新月蕨稀土結(jié)合多肽，通過(guò)MALDI-TOF-MS及ESI-IT-MS測(cè)得其分子量為5072 Da。 研究不同濃度的Nd脅迫培養(yǎng)下，單葉新月蕨富集Nd的能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單葉新月蕨在500μg

5、 mL-1 Nd3+脅迫下仍能生存，具有很強(qiáng)的耐受性；伴隨Nd含量的增加，Ce含量降低而葉片中的結(jié)合多肽的表達(dá)增加，表明Nd可以被吸收進(jìn)入葉片細(xì)胞內(nèi)部誘導(dǎo)多肽的表達(dá)并與之結(jié)合。提取純化得到的稀土結(jié)合多肽經(jīng)ICPMS鑒定其N(xiāo)d含量最高，分別是La和Ce的94.1和57.9倍，其分子量為5076Da。Nd取代了多肽中原來(lái)結(jié)合的Ce，導(dǎo)致脅迫前后的稀土結(jié)合多肽分子量相差4 Da，表明單葉新月蕨對(duì)稀土元素具有特異性富集。經(jīng)酸處理脫掉Nd后，該多

6、肽稀土含量?jī)H為原多肽的4.2％，脫去部分的HPLC/ESI-IT-MS的譜圖，可以看出632 Da的肽片段(5076-4444=632 Da)可能是Nd在結(jié)合多肽中所處的區(qū)域。V8蛋白酶(Endoproteinase Glu-C)酶解得到的肽片段，在Mascot數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行比對(duì)，解析得出片段含有-E-T-M-E-，-P-N-L-L-G-E-，-F-V-I-Y-E-和-F-V-I-A-的肽段。 另外，本文對(duì)在福建南靖樂(lè)土亞熱帶雨

7、林自然保護(hù)區(qū)發(fā)現(xiàn)的另一種蕨類(lèi)植物三葉新月蕨也進(jìn)行了稀土分布及賦存狀態(tài)的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該植物葉片內(nèi)稀土含量高達(dá)1026.53μg g-1，是其生長(zhǎng)地母土稀土含量的42.6倍，是生物可利用態(tài)稀土含量的557.9倍，其富集系數(shù)為K2(從生物可利用態(tài)到根)>K5(從葉柄到葉)>K3(從根到莖)>1>K4(從莖到葉柄)>K1(從土壤到生物可利用態(tài))。稀土元素主要通過(guò)土壤到根、根到莖、葉柄到葉片這三個(gè)過(guò)程，不斷地在植物體內(nèi)得到富集，根據(jù)稀土元素超