（植物学专业论文）稀土钕减轻镉对水生植物胁迫的研究.pdf

本人郑重声明： 论文独创性声明y 8 8 2 8 。乏 1 、颦持戬“求实、剖新”的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人褒导疼指导下遴行的研究工作和取得的磷究 成果。 3 、本论文中除弓l 文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除弓| 交稻致谢的内容矫，不包含其他入或其它机构 已缀发表或撰写过弱研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明势表示 了谢意。 作者签名：建差建 鞴 期：塑! ：竺 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学商关保留、使用学位论文的艘定，学 校有权保留学位论文并向阂家主管部门或其指定机构送交论文的电 子舨释纸痰舨；有权将学经论文瑙予菲赢举j 甜酌韵少量复翻势允许论 文进入学校圈书键披查阕；蠢权将学位论文麴内容编入有关数据库进 彳予检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 瓣密后适用奉藏定。 作者签名： 日期： 珐游 垫五! ! 中文摘要 稀土钕减轻镉对水生植物胁迫的研究 摘要：本文教藏簿永生稳糖菹擎( p o t a m o g e t o nc r i s p u sl ，窃伊乐藻( e l o d e a c a n a d e n s i sl ) 为试验材料，利用测定生理生化指标，迸射电镜观察以及元 素含量i c p - - m s 测定法( 电感耩台等离子体质酱法) 等试验手段，对锻、 镪以及鼹者共同作用下菹草和伊乐藻光合系统、辘氧亿酶系、镁元素和矿质 蒋养元索含量以及叶片越微结构进行了分析研究。试验络果表明，单一钕处 爨下，菠攀叶片光合效率握裹，挽氧佬酶活性上舞，m d a 含量下降，撼梅 表现出隧盛的生命力。单一镉处理下，不管是菹草还是伊乐藻，植物体内叶 绿素含鬓帮可溶t | 囊蛋骞含量臻下降，挠襞纯酶活性显著辩低，导致体疼蠢| ! 羹 纂积累，膜脂过氧化，引起m d a 含量的升高，燎终导致植物趋于死亡。丽 在镉胁遗下加入敬爱，锈对植物的毒害藏凌有掰减缓，表硗在：( 1 ) 锈胁迫 下钕提高了菹草叶绿素含量，通过电镜观察到叶绿体结构保持完接；( 2 ) 镉 胁迫下泓加钕后，植物抗氧化酶活性提商，清除自由基能力增强，m d a 含 爨下降；( 3 ) 锈胁追下馊植物体内离子含爨馕离正常僮，蕊加入铵后，馊某 烂离子趋于正常，但并非对所有离子都有作用；( 4 ) 钕使镉胁迫下的植物体 肉锈元素会量较之蕈一锈处理骞瓣下降。本文攫撰实验结聚褪步讨论了耱 钕减轻镉对水生植物毒害的机制。 关键词：稀土；钕；重套属；镝；水生 赢物i 胁迫：缓解 英立摘璺 r e s e a r c ho na l l e v i a t i o no fc a d m i u ms t r e s so na q u a t i cp l a n t sb yr a r e e a r t hn e o d y m i u m a b s t r a c t ：i nt h i sp a p e rw es t u d i e dt h ep h o t o s y n t h e t i cs y s t e m s ，p r o t e c t i v ee n z y m e s y s t e m s ，c o n t e no fc a d m i u m a n dm i n e r a le l e m e n t sa n du l t r a s t r u c t u r e ro f p o t a m o g e t o nc r i s p u sla n de l o d e ac a n a d e n s i slu n d e rc d 2 + 、n d 3 + a n dt h e i r c o m b i n e dt r e a t m e n t ，b yt h em e a no fm e a s u r e m e n to fp h y s i o l o g i c a lp a r a m e t e r s ， o b s e r v a t i o n so fe l e c t r o nm i c r o s c o p ya sw e l la sm e a s u r e m e n to fc o n c e n t r a t i o no f e l e m e n t s ( i c p m sm e t h o d ) r e s u l to ft h et e s ti n d i c a t e dt h a tt r e a t m e n to fs i n g l en d ” o np o t a m o g e t o nc r i s p u sli m p r o v e dt h ep h o t o s y n t h e t i ce f f i c i e n t ，e n h a n c e dt h e a c t i v i t i e so fa n t i o x i d a s es y s t e m ( s o d 、c a t 、p o d ) a n dr e d u c e dt h eg e n e r a t i o no f m d a t h ep l a n ts h o w e dt h ev i g o r o u sv i t a l i t y b yt h et r e a t m e n to fs i n g l ec d 2 十，n o m a t t e ri np o t a m o g e t o nc r i s p l d slo ri ne t o d e ac a n a d e n s & l ，t h ec h l o r o p h y l lc o n t e n t a n ds o l u b l e p r o t e i n c o n t e n t d r o p p e d ，a n t i o x i d a s ea c t i v i t yr e d u c e dn o t a b l y ， m e m b r a n el i p i d sw e r ep e m x i d a t e d ，m d ac o n t e n tr i s e d ，a n da st h er e s u l tp l a n t sd i e d g r a d u a l l y a d d i t i o no fd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fn d 3 + a l l e v i a t e dt h et o x i cs y m p t o m o fp l a n tu n d e rc d 2 + s t r e s s ，w h i c hc o u l db ee x p r e s s e di nt h e s ew a y s ：( 1 ) t r e a t m e n to f n d 3 + i m p m v e dt h ec h l o r o p h y l lc o n t e n to fp o t a m o g e t o nc r i s p u sl ，u n d e rc d 2 + s t r e s s ， a n dc h l o r o p l a s ts t r u c t u r ew a sk e p ti n t e g r i t y ；( 2 ) t h ea c t i v i t i e so fa n t i o x i d a s es y s t e m w e r er a i s e da n dt h ea b i l i t yo fs c a v e n g i n gt h ef l e er a d i c a lw a se n h a n c e d m d ac o n t e n t r e d u c e d ；( 3 ) i o nc o n t e n ti np l a n td e v i a t e df r o mn o r m a lv a l u eu n d e rc d 2 + s t r e s s ，b u t a d d i t i o no fn d s + m a d es o m ei o n sb e c o m en o r m a l ，h o w e v e rw a sn o th e l p f u lt oa l l i o n s ；( 4 ) c a d m i u mc o n t e n ti ne l o d e ac a n a d e n s i slu n d e rc d 2 + s t r e s sd r o p p e dw i t h t r e a t m e n to fn d 3 + c o m p a r e dw i t hs i n g l ec a d m i u m ，a l l e v i a t i o nm e c h a n i s mo fr a r e e a r t hn e o d y m i u mt ot h ed a m a g eo fa q u a t i cp l a n t sb yh e a v ym e t a lc a d m i u mw a s d i s c u s s e dp r i m a r i l yo nt h eb a s eo f e x p e r i m e n t a lr e s u l t ， k 蟛w o r d s ：r a r ee a r t h ；n e o d y m i u m ；h e a v ym e t a l ；c a d m i u m ；a q u a t i cp l a n t ；s t r e s s ； r e l j e v e 5 前离 稀钕减轻镉对水生植物胁迫的研究 1 蓠言 1 1 重金属对植物的作用研究 由于工妲“三废”鞠枫动车尾气的撼放、污水灌溉及农药、除革剂和化肥的 使用，严黧地污染了土壤、水质和大气，导致环境的恶化，给社会、经济和人类 造成了不哥售量豹筵害，遭量嚣重金属一艇送入嚣凌，特粥是遴入壤嚣裁报难 予以排除，并且在生物体内还有有机化的趋势，使得重金属的危害就更大了。而 佟灸食物链中酶翻缀生产者静季壹秘，过羹的重金藤在它们熊裰、蕊、时戳及巢实 中的大量积累，不仅严重的影响了植物的生长发育，而且还可通过食物链危及动 物躺人类。因此，只有深入的研究穗物对纛金属伤害及抗襁枫理，彳匐嗜g 旋出增 强缝物抗震金属性能力的方法，共采取有效措旌以避免重会属对檬物伤害，有益 于治理重窳属污染和保护生念环境。目前这方面的研究主要有： l 。1 ，1 纛金属对撞物懿毒害掇璎戆磅突 密度在5 以上的金属统称为重会属，如会、锅、铜、锚、锌、镍、锚、镉、 镶耩汞等4 5 释。这些元豢中铁、锾帮锰麓骞极诲霪要徽爨营养元素：镑、镶、 铜、钒、锚、钨和铬是重骥的痕量元素，这些元素偏高或偏低都会对有机体产生 毒害：丽碎、汞、锾、锑、锈、锈和铀等至今未弼蔟是否蕊植物傣内的营嚣元素， 傻其对植物或微生物都或多或少谢毒害作用( g o d b o l da n dh u t t e r m a n n ，1 9 8 5 ： b r e c k l e ，1 9 9 1 ：n i e s ，1 9 9 9 ) 。 1 t 。1 i 重愈震对植物鲍毒害效应 重始属对檄物的毒鬻效应愚多方面的，主袋体现在：( 1 ) 对生长发肖的影 螭。蓍先裘瑗在瓣毽耪释子葵爱的耱割上，裴义爨( 1 9 9 7 ) 磷完了六季孛重金璃褒子 对大麦种子的毒鬻效应，结果表明，不同重金属均能抑制种子萌发，并且浓度越 大，箨霜秸海越长，捧嵩效应悲黎。毒太还发瑷莺金藤爵戳霹鑫掷蠲耱予漆醇鼗 氯酶、蛋期酶、淀粉酶和酸性磷酸醚酶的潍性( 吕潮晖等，1 9 9 8 ；施农农等，1 9 9 9 ； 强成仓等，2 0 0 0 ) 。( 2 ) 时竞合 笮稽静影响。众多实验诞瞩，重金属胁遗对接褥 鹃党台作鼹郭是翔制豹，并豆降低效应与辨迫程度成正辎关。另外，光台效率降 低也与植物种类和发育时期以及麓会属的种类有芙。重余橘对光合作用的影喻主 前i 要是通过降低叶绿素和其它光合色素的含量使光合膜上的酶失活，阻断电子传 递引起的( 陈国祥等，1 9 9 9 ；戴玲芬等，1 9 9 8 ：c e d e n o 等，1 9 7 2 ) 。叶绿体结构 在重金属胁迫下，发生膨胀化，结构受到破坏，各种结合在膜上的功能蛋白也由 此受到抑制( 杨居荣等，1 9 9 5 ：彭鸣等，1 9 9 1 ；施国新等，2 0 0 0 ) 。( 3 ) 对呼吸 作用的影响。不同浓度c d 对斜生栅藻及蛋白核小球藻呼吸作用的影响程度不同， 它们的呼吸强度随c d 浓度的增高先增高而后降低，在高浓度下下降得较剧烈。王 焕校等( 1 9 9 0 ) 认为低浓度c d 刺激植物呼吸酶和三羧酸循环来产生能量是呼吸 增加的原因，随c d 浓度增加，酶活性受抑制，呼吸作用下降因此，重金属对呼吸 作用的效应，不论是增大，还是减小，都可能是重金属作用于呼吸过程中酶活性的 结果。线粒体是植物体内呼吸作用的场所，所以重金属对呼吸作用的影响也与它 们对线粒体的伤害有关。线粒体是对重金属较敏感的细胞器。较低浓度的p b 、 c d 处理时，线粒体内嵴减少或消失，线秘体肿胀成巨大掇线粒体，内腔空泡， 毒瓣线粒髂渡释。爨蘧，蹇浓度鹣、c 痘瓣玉米线粒俸鹣伤害是不可逆转熬，将 造成呼吸作用降低，植物细胞死亡( 王焕校等，1 9 9 1 ) 。( 4 ) 对营养元素的影响。 奁萋金嚣胁逵下，褴繇钵舞翡营养元素代嚣发生紊魏，一方蘑降稳了植物对营养 元素的吸收和转运能力，男方面燕金属胁迫引越植物膜脂过氧化作用，锩致膜 透性增加，植裙体内的小分子物磺大量流蹴( d a h i y ad j 等，1 9 9 4 ：n a r w a lpr 等，1 9 9 3 ；g u s s a r s s o nm 等，1 9 9 2 ) 。( 5 ) 对核酸代谢的影响。受燕会属污染约 植物，体内细胞核、核仁严重遭到破坏，导致染色体复制和d n a 合成受陋，核酸 代澍失调，锾能使菠革时嚣缨照懿缀您核变形，熬至溶织( 稔勤松等，2 0 0 1 ) 。 h g 可诱导满江红的核仁结构发生分解，染色体畸变率升高，直接或间接地影响 d n a 窝染毽俸懿簧麓( 藏溺薪，2 0 0 3 ) 。避入檀耪缁貔蠹黪锈帮锻逶憝与带受邀 荷核酸结合，降低r n a 和d n a 活性，干扰植物体内的转漾和翻译过程，结果导 致r n a 的合成受到籀翩，含量降低( 张义赞，1 9 9 7 ) 。宙予麓会属w 戬影响d n a 茅妇r n a 的含量，而d n a 和r n a 通过转录和翻译与蛋白质合成有关，因此，还可以 利用重金属抑制d n a 和r n a 的合成去解释重会璃抑制鬣自质的合成。 l 。1 1 。2 重会羰毒害斡分子机铡 为了理解重融属对活细胞的薄害机璎，首先应该考虑重金属的物理化学特 性。绝大多数豹熏会疆薅予过渡元素。它们豹s 一孰i 蓬是不宠全德秘戆，其瓴纯势 前言 从- - 4 2 0 m v 到+ 8 0 0 m v 。因此根据其生物学作用重金属可分为具氧化还原活 性和无氧化活性两大类。氧化还原势低于生物分子的重会属不能参与生物氧化还 原反麻，如z n ”、c d 2 + ，n i ”和p b 2 + 等：而一些具氧化还原活性的金属如f e “、 c u + 等，能发生自氧化，从而导致0 2 一产生，并进步通过f e n t o n 反应产生h 2 0 2 和o h ( h a l l i w e l la n dg u t t e r i d g e ，1 9 8 6 ；l m l a y 等，1 9 8 8 ；l ia n dt r a s h ，1 9 9 3 a ，b ；j o n e 等，1 9 9 1 ；l u r i d 等，1 9 9 1 ，1 9 9 3 ：s h ia n d d a l a i ，1 9 9 3 ) 。自由基的大量产生，引 起膜脂的进一步过氧化，从而导致细胞死亡。 重金属毒害的另一个重要的机制在于它们能与氧原子、氨原予以及和硫原 子紧密结合( n i e b o e ra n dr i c h a r d s o n ，1 9 8 0 ) 。这种结合的亲和力和金属和配基产 物形成的自由焓有关。由于这些特征，重金属可以通过和半胱氢酸的巯基结合而 使蛋白酶失活。镉对细胞内巯基的直接作用并引起酶活性的抑制已在动物细胞中 观察型j ( c a n e s ie f a l ，1 9 9 8 ；c h r e s t e n s e ne l a t ，2 0 0 0 ) 。 许多懿耀包含豹会属藉子，这些离子对簿的活性起善缀重簧的彳乍瑁，一一旦授 其他余属离子所取代，就可能引超酶活性降低甚至失活。二价离予如c 0 2 、n i 2 + 和z n ”取代棱酮糖l ，5 二磷酸羧仡酶磅氧酶中的m g “，, j - 导致该酶活性的 丧失( w i l d n e r a n dh e n k e l ，1 9 7 9 ：v l t n a s s c h ea n d c l i j s t e r s 。1 9 8 6 ) 。c d 2 + 取代钙调 蛋自中的c 矿+ ，从而阻碍了依赖锊调蛋自磷酸亿酶的活性( r i v e t t ae t a l ，1 9 9 7 ) 。 根据以上分析我们将攮金属对植物毒害的分予机制分为三类：( a ) 由震金属 的自氧化和f e n t o n 反应产生的活性氧自由基；( b ) 生物太分子中必需功能基团 的避涝：( c ) 生物分子中必需金属离子的取代。 1 1 2 横物对熏盒属的抗性研究 重金谶对植物造成的损伤是多方面豹，两植穗对重务簇胁迫毒多方毪黔防镄 机制，一，植物通过对重象属的吸收，降低体内的重金属浓度( t e h a r gah ，1 9 9 3 ： m a c n a i rmr ，c u m b e sqj ea ，1 9 9 2 ) ；二，重套属趣黛富集植物可把熏余属 贮存在叶片表皮鲍表皮毛中，避免麓会属对叶肉细胞的直接伤害( s t a n e yf p c “ a l ，1 9 8 6 ：s a l td ee t a l , 1 9 9 5 ) ；三，植物对进入细胞内的莺金属可通过区域化( 如 a l 帮c d 累积在盼泡或缃驻壁中) 、形成淀淀( 期磷酸镉沉淀) 及螫台方式解毒 删e h a r gaa ，1 9 9 4 ：k t ajf 日fa ，1 9 9 8 ) ：四，霞金属( o r 、c d 、h g 和n i 等) 胁迫与莫藏形式的氧他胁迫相叛，毙导致丈量的活性氧皂如薹产生，自由基能按 前； 伤主要的生物大分子( 如蛋白质d n a 和) 及引起膜腊过氧化，而植物中的多种 氧化防甲系统能够清除自由基，保护细胞免受氧化胁迫的伤害( s u g iy u hm ，1 9 9 8 k o r i c h e v ate ta 1 9 9 7 ：黄玉山等，1 9 9 7 ) ；血重余属胁迫能诱导u b i q u i _ c i n 、 热休克蛋白( h s p ) 、d n a j l i k e 蛋白、几丁质酶、p l 、3 葡聚糖酶、富含脯氨酸 细胞壁蛋白( p r p ) 、富含甘氨酸细胞壁蛋白( g r p ) 和病原相关蛋白( p r ) 等 基因的表达( 柴团耀等，1 9 9 8 ；c h a it - y ，d i d i e r j e a ni ，日f a l ，1 9 9 8 ) 。这些胁 迫蛋白的作用可能在于清除重金属变性蛋白、维持细胞的正常代谢和提高细胞的 重金属抗性。 1 2 稀土对植物的作用 稀元素是指位于元系周期表中第1 1 b 族的一“缀元素，即由原子序数为5 7 7 l 的h ，氏n d 等1 5 秸斓系元素以及与之性骧掇为楣戗的s c ，y 共1 7 种元 素组成。我国稀土储量丰富( ( 36 0 0 万吨) 约占世界储量的80 0 0 。自2 0 世纪初， 我蓬学者酋凌报遂稀踺求绵的生理辛暮周一束，稀在我隧艉痤用顿域已越衷越 广泛，尤其在农业、轻工、业方面的应用己列世界前茅。因此，深入开展稀土的应 鼯研究帮生物效赢研究帮獒育较大的现实慧义。 i 2 。1 稀土元素在植物体内的分布 对稀士在植物体内的分布清褫存在麓两种截然稽反的观点，种观点认为， 黼土元素不麓进入植物缨胞内，耐是停留在捆腿辨。粟用扫描电链与雒谱分析栩 结合的方法进行研究的结果显示，进入植物体的7 种稀士离子多数沉积在校尖细 施壤主，只有多鬃糨暴在髂长墓皮层舞蹴壁窝砖离缨礁壁上，缨魁曩串衷梭测出 ( 周世恭，1 9 9 5 ) 。高小彦( 1 9 9 8 ) 等利用冰冻罚换法也得到了相同的结果。但 彀有结暴发骥，稀是可鞋避a 怼蠡静。事齐( 1 9 9 5 ) 等双不旃浓度c e ( n o ，) 3 处理1 - 6 9 杨根，用透射电镜能量分散型n 射线微区分析法对铈艘其它离子在亚 细胞徽区阔的分布和古量进行了灏定。衰弱铈不但进入德锈细胞。新且在绥艟竣 内霄明显誊集。在此萤出于供试的鞴土离子不嘲，植物的神娄币同，鲻是实验 鬻件的茇剐( 如稀士处理样品的方法、植物的生长期不同等) 而导技不同的结论， 巍不蔫楚。妥翦大寰营逮接受第转理点。 1 2 2 鞴土元豢对植物生长发育的影响 大量辨试驻裘盟，秘对植街生长整骞有羞箍著熬效应。磷馥锤赴理游嚣水 n u 商 稻种子，淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等水解酶的活性升高，呼吸作用加强，明显提 高了种子活力，促进了幼苗的生长( 洪法水等，1 9 9 9 ) 。不同浓度的硝酸镧溶液 处理玉米幼苗可不同程度地增加根数，提高根系和幼苗的干、鲜重，并能促进根系 和幼苗的伸长生长。同时，还显著提高了叶绿素含量( 郭秀林等，2 0 0 0 ) 。 对于低浓度稀土元素促进种子萌发、生根及植株生长的生理作用机制目前尚 不很清楚，可能与提高激素含量有关。不同浓度的稀土溶液处理萌发期间的水稻 种子，植物内源激素i a a ，g a s ，c t k 含量明显增加，其中以g a s 的增加最为显 著( 洪法水等，1 9 9 9 ；方能虎等，2 0 0 1 ) 。内源激素含量的升高，激活与种子相 关基因的表达，从而促进种子萌发。 l ，2 3 稀土元素对植物营养代谢的影响 尽管臻主本身是否属予植物必瓣营养元素这一点卷末褥到确 委，但许多研究 均已表明，稀土元索在一定条件下确有促进植物对券分的吸收、转化和利用等营 养生理逶拣。爰锈秘镑楚瑗簧燕鬏系，蛰雨转氨酶积谷氨酸黢氢酶逶淫显薯捷裹， 这两个酶是氨基酸代谢中的关键酶，因而对植物的氮代谢趄了促进作用( 受兆明 等，1 9 9 7 ) 。耩土辩矿震代潺静影孵可耗与稀 乍稿子膜蠢芙，有错究表鼷，逶 当浓度的l a 3 + 对水稻幼根细胞膜电位与质子跨膜梯度的产生和维持有利，膜电 位和质子踌膜梯庹为离子和代谢物的跨膜运输提供了驱动力，因而促进了镩、钙、 镁、锾、镑等元素的吸收，从两促进作物生长、增加产量( 郑海辫，2 0 0 2 ) 。通 过膜片钳技术成功记录到萝p 液泡膜上慢液泡( s v ) 通道电流，镧( 4 1 0 7 m o t l ) 懋瑾楚理鬓，挺进了通道惫流，露s v 通道为阳塞子选择燃的通道，诲多 一价阳离子( k + ，n a + ，c s + ) 年口二价阳离子( c a 2 + ，m 9 2 + ，b a 2 + ) 都可通过此通道( 杨频， 2 0 0 t ) 。 1 2 ，4 稀土元素对植物光合作用的影响 许多研究表嘲，稀元素对禳物的光合作用育明显的影嫡。王兰髓等( 1 9 8 5 ) 发现5 0 m # l 氯化搽d 2 ( l a ，c e ，p r 等) 均可显著增强固氮熊腥藻的光合作用，超 过5 0 m g l 则抑制。解惠光等( 1 9 8 4 ) 的试验表氓硝酸稀土拌种厩甜菜时盛期叶 片中时绿豢含量秘龙合速率分别毙对照裹4 ，7 和3 18 。另外对小麦、玉米、 大豆、油浆等的试验，也均表明稀土对植株d f g g 素含量和光合速率有明显的刺激 鬣迸俸震。稼元素对稳戆竞会 乍曩赘影翡辍镶基蘸满不穰渍楚。沈媾耗等 r 青 ( 1 9 9 4 ) 认为，一定浓度的稀土可促进植物p s i i 蛋白复合体活性及加快光合电 子传递的速率，从而促进整个光能转换和光化学反应过程。郑银铼等( 1 9 8 7 ) 试 验发现，c e 在橡胶幼株中主要与蛋白质结合，其次是与色素结合，这表明稀土 可能与叶绿素的形成和作用有关。镧和镨处理菠菜离体叶绿体，能促进循环( + p m s ) 和非循环( + f e c y 或m y ) 光合磷酸化反应，提高叶绿体的偶联程度，增加 a d p o 及p c 比值，对叶绿体膜上m g ”一a t p 酶及偶联因子c a 2 + 一a t p 酶活力 有一定的激活作用( 潘登奎，2 0 0 3 ) 。高浓度稀土的抑制作用可能是因为稀土离 子与m 9 2 + 发生竞争吸附而取代m 9 2 + ，以致影响叶绿素的合成。 1 2 5 稀土对植物抗逆性的影响 近年来对于稀土提高植物抗逆性的研究颇多，在抵抗低温、高温、盐渍、酸 雨、干旱、重金属以及病虫害等方面都取得了显著的成绩( 文启凯等，1 9 9 4 ；庞 欣等，2 0 0 2 ：曾青等，2 0 0 3 ：周青等2 0 0 4 ) 。稀土在低温条件下可增加玉米叶片可 溶性糖的含量，降低电导率，增加叶绿素含量，提高光合作用速率，增加玉米籽 粒产量( 高素华，2 0 0 0 ) 。c e ( 4 0 m g l 4 c e c l 3 ) 浸种能提高酸雨胁迫下大麦种子 的发芽势和发芽率，增强对酸雨的耐受阈限( 周青，2 0 0 0 ) 。重金属镍毒害下的 水鳖在经过稀土镧处理后，抗氧化酶活性也得到显著提高，可溶性蛋白保持较高 水平( 张小兰等，2 0 0 3 ) 。稀土元素提高植物抗逆性的原因是多方面的，目前多 数的研究认为稀土主要是通过提高植物体内的抗氧化酶活性，调节自由基水平， 以减少活性氧对植物的毒害作用。 1 3 奉谂文瓣主甏獗究联戆与内容 重金属污染日益成为人们关注的焦点问题，如何找到种合邋的提高植物抗 遂往，渗璞零体重鑫藩污染豹方法已逵褒爝蕤。i | 嚣藐秘在搽讨这一淘题爵，无嚣 燕为了达到两个目的：一，能使 赢物在重务属胁迫下生存下来；二，找到一种植 物桑积重龛属，戳净纯环境。近年来，对予稀虢够提高植物抗瘸性帮抗逆往已 有较多研究，面钕作为另一种轻稀土是歪对重会属胁迫有缓解作用以及机制如何 则鲜有报邋。本文选择苏州东山太湖段和南京江心洲广泛分布的水生植物菹草和 伊象藻戈秘料，以锈为胁漶因子，阻臻钕为调节溜子，从生理生纯襄超微结构 角度，利用i c p 雌法测定元素含量，探讨镉胁迫下钕对水生植物缓解机制，以 期为解凌鬟金磊耱遥禳秘靛生存润题提供溪论参考菝蠢。 试验卡爿料和方法 2 试验材料和方法 2 1 材料和处理 菹草( p o t a m o g e t o nc r i s p u sl ) 采自南京江心洲，于南京师范大学水生植物 培养池内驯化，2 0 0 4 年3 月上旬选取生长旺盛一致性较好的植株先在实验室无 底泥玻璃缸内驯化培养2 d 后，按照表1 的设计方式处理，所用钕浓度皆以不伤 害植物正常生长为前提。每天补充水分，5 d 后选取植株倒数第四至第八叶测定 各项生理指标。 表l ：钕( n d 3 + ) 、镉( c d 2 + ) 对菹草的处理方式 t a b l ：t h e t r e a t i n g m e t h o d o f n d 3 + a n d t c r d 2 + o np _ o t a m o g e t o nc r i s p u sl , 05 1 01 5 2 0 00 + 0 0 + 50 + 1 00 + 1 5 0 + 2 0 1 q! q 垒 ! 殳! q ! q ! q ! ! q 兰! 伊乐藻( e l o d e a c a n a d e n s i s l ) 于2 0 0 4 年5 月聚自江苏省苏州市东太湖水域， 采嗣后嚣予毫爨大零生棱携培莠泌中恢复蟪莠，6 月下旬选取生长一蘩蛙的撞拣 予实验室冗底泥玻璃缸内驯化培养数天，按表2 、表3 的设计处理。表2 处理用 予溺定生遴指标( 5 d 后) ，表3 熏震予测定潼拣俸肉矿霞元素含豢缓及超徽结穆 的观察( 1 2 d 后h 表2 ：钕( n d ”) 、铺( c ) 对伊乐藻斡懿理方式 t a b 2 ：t h et r e a t i n gm e t h o do f n d j + a n dc d “o ne o d e ac a n a d e n s i sj 已 e o 1 01 53 4 567 5 0 + 0 驰 + 50 + 30 + 4 ，50 + 60 + 7 ，5 0 1 + o0 1 + o 1 50 1 + 30 1 + 450 1 十60 1 + 7 5 表3 ：钕( n 毋+ ) 、锈( c d 2 + ) 对伊聚藻的处理方式 t a b 3 ：t h e t r e a t i n g m e t h o d o f n t r d 3 a n d _ c d 2 + 一o n e l o d e ac a n a d e n s i sl n d ”( m g l 1 ) 0 0 0 50 t0 1 5 0 ，2 0 0 + 0 ! 塑 ! ! ：箜! 壁：! 三望笪墨l 一 试验材料年丌方法 2 2 试验药品及仪器 氯化钕( n d c l 3 ，纯度 9 9 5 ，上海化学试剂公司) ，氯化镉( c d c l 2 ，纯度 9 9 8 ，上海化学试剂三厂) ，a t h i o b a r b i t u r i ca c i d ( a 一硫代巴比妥酸，纯度 9 8 ，m e r c k ，g e r m a n y ) ，其余有关试剂均为分析纯化学试剂。7 5 4 一紫外分光光度 计，f o r m a 3 7 4 4 ( 英国产) 全封闭培养箱，l k b 超薄切片机，h i t a c h i6 0 0 a 一2 型透射电镜，电感耦合等离子体发射光谱仪( 美国l e e m a n p l a s m as p e c ( i ) ) 。 2 3 生理指标测定方法 2 3 1 叶绿素含量的测定 参照a m o n ( 1 9 4 9 ) 的方法，采用7 5 4 分光光度计，在波长6 6 3 n m 和6 4 5 n m 下测定。单位：m g g 。 2 3 2 酶液的提取 取新鲜叶片，蒸馏水洗净，揩干，电子天平称重。放入加了少量5 0 m m o l l 磷 酸缓冲液( p h 7 o ) 的研钵中冰浴研磨，1 0 0 0 0 9 转速下离心2 0 r a i n ，上清液用来测定 s o d 、c a t 、p o d 活性、m d a ( 丙二醛) 和可溶性蛋白含量。 2 3 3s o d 活性测定 参照s t e w e r t 等( 1 9 8 0 ) 的n b t 法( 黄嘌呤载化酶法) ，使用南京建成生物 工程研究所购买的试帮盒进行测怒，萁活力单位定义为：每毫升反应液中s o d 抑制率达5 0 时所对应熬s o d 量为一个甄硝酸盐单位( n u ) 。 2 3 4c a t 活性测定 分巍毙度法测定，剩羯c a t 分解珏2 0 2 反应越瑷逶避鸯嚣天银酸铵两邋速终 止，剩余的h 2 0 2 于铝酸铵作用产生淡黄色的络合物，在4 0 5 n m 处测定其生成量， 霹计算c a t 活力。按毫裘建成生秘工程公霉魏买静试裁合j | 羲彦搽作测定，英活 力单位定义为：以每克叶片每秒分解l g m o l h z 0 2 的c a t 量为一个活力单位( u ) 。 2 3 5p o d 活性测定 采用愈剑本融法( 陈雄等，1 9 9 9 ) ，将l m l 酶滚与3 m l 反应液涅和( 2 8 a l 愈 创术酚和1 9 9 l 过飘化氢混和于5 0 m l 磷酸缓冲液中) ，在4 7 0 r i m 下每隔1 5 秒读 一j 迦吸光俊。强每宪时冀每分镑a 4 7 0 交纯o ，0 l 为一个酶活力单位。 2 3 6m d a 含髓的测定 裱据h e a l t h 鞣p a r k e r 瓣硫我融笼妥酸( t b a ) 瑟色法( 1 9 6 8 ) 。 试验材料和方法 2 3 7 可溶性蛋白含量测定 采用b r a d f o r d ( 1 9 7 6 ) 考马斯亮蓝g 一2 5 0 法。将2 m l 酶液与染色剂考马斯亮 兰g 5 0 混和，在波长6 2 0 n m 处测定吸光值，以牛血清白蛋白( b s a ) 为标准 蛋白作标准曲线，计算蛋白质浓度。单位：m g g 。 2 3 8 元素含量测定 电感耦合等离子体发射光谱法( i c p m s ) 。工作参数：射频功率! 0 k w ： 载气流0 4l r a i n ；压力o 2 8 m p a ；冷却气流速1 2l m i n ，压力o 0 2 1 - - 0 0 2 8 m p a 。 溶液提升量1 0 m l m i n ；观察高度由仪器自动调节，试剂及标准溶液均为光谱纯 活高纯，硝酸为优级纯，二次蒸馏水。样品处理，称鲜重lg ( 精确到o 0 0 0 1 9 ) ， 加5 m lh n 0 3 浸泡过夜后黄于电热板上加热，样品消化后加o 5 m l h c l 0 4 继续消 化，至残渣变为白色，用7 ( v ) h c i 提取，定容到一定体积后上机测定。 2 3 9 超微结构观察 样品用4 戊二醛固定和2 锇酸双重固定，磷酸缓冲液洗涤，乙醇系列脱 水，e p o n 8 1 2 包埋剂包埋，l k b 超薄切片机切片，切片经醋酸双氧铀双重染色 后，于h i t a c h i6 0 0 - - a - - 2 型透射电镜下观察并拍照。 结果j 分析 3 结果与分析 3 1n d 3 + 对蒗草叶片生理生他的影响 3 1 1n d 3 + 对菹草叶片叶绿索含量和可溶性碾白含量的影响 l 。“ 05 t 01 52 0 e o n c e t r a t i o n ( m g - l ”1 )n dc o n t e n t r a t o n ( i n g - l 1 ) 图i钕对溅草叶片件i _ 绿素禽髓和可游性蛋白禽避的影响 f i g te f f e c to f n d “o nc n o r o p h y | ic o n t e n t ( a ) a n ds o l u b l ep r o t e i nc o n t e n t ( b ) i np o t a m o g e t o n c r 姆，ll e a v e s 叶缭素含量的高低鼹植物巍合俸掰敲率高低静一个蕊要指标，默露 ( a ) 戆看出，不同滚发的钕对菠草时姨时绿素古量都蠢不同程度的提礴，与对照娌比， 分别提高了5 5 、8 6 、1 3 i 和9 5 ，其中以l sm g t o n d ”效果最健。反映 凄一定浓度鼗敏戆挺褰簸摹野冀时绿素含餐，共建l 越嚣黧麓藿莩麴毙台效率。交 阔1 ( b ) 我们能看出可溶性蛋囱的含量的变化与叶绿素的含量谢相似之处，各 个镀滚寝鄂显蓑褥蔗了露溶缝蛋爨懿蠹爨，与对照辖篦5 、1 0 、i 5 ，2 0 r e g a l - 1 麓 钕分别撼赫了1 0 ，7 6 、1 8 6 4 、2 9 _ 3 0 芹h2 6 1 2 ，1 5m g l 4n d ”时可溶性蛋白 含羞最商。l 鸯魏我街也熊露密，经过适当浓度静铵处理熹，莲蕈代游艇盛，大量 合成蛋巍，这可髓与毙合效率提麓有协嗣 乍蠲。 3 1 2n d 3 + 对菹草叶片抗氧优酶活一陵( s o d 、c a t 、p o d ) 的彩晌 抗氧亿酶系受责清除挺镶钵肉囊虫纂，傻辕物髂蠹款蠢出基水平维持在一定 的水平。从图2 ( a ，b ，c ) 辫出，锻提高了s o d 、c a t 和p o d 的活性。对于s o d 来说，在1 0 r a g l 。n 瘥3 + 避活萑最簿，蓖对照提蠹了6 1 ，疆螽鹣罐度不蹩辍丈， oi如ill皓li珀l， l o 结果与分析 从总体来看，钕对超氧化物歧化酶的稍有提高，并维持在一定的水平。钕处理后 c a t 活性的变化与s o d 相似，但变化幅度较之s o d 稍大，在1 0m g - l 。n d ”处 理下 薹o j | i 。 c o n c e n t r a t i o n ( m g - l - n dc o n e e n t r a t i o n ( m g l i ) 图2n d ”对蒲草叶片抗氧化酶活性( s o d 、c a t 、p o d ) 的影响 f i g 2 e f f e c to f n d “o na c t i v i t i e so f s o d ( a ) 、c a t ( b ) 、p o d ( c ) i np o t a m o g e t o n c r i s p u sl l e a v e s 活性最高，与对照相比，活性提商1 0 0 4 。p o d 活性起伙比较大，从图2 ( c ) 中我囊可荻看出，5 、1 0 、1 5m g l 。n d ”黠p o d 淫蛙赘蠢握裹传建，分勰提裹 了l1 2 8 、1 7 4 跏和5 3 ，而2 0m g - 一n d ”则使p o d 稍有下降，但从腮体来 看，一定浓度的铰是促遴p o d 潘经静。阂诧驮上蕊的分幸嚣不难袋魂，钕肖韵于 增强植物抗氧化酶的活性，从而提高了植物对外界不良环境的抗于扰能力，以提 高植物的适应能力。 3 1 。3n d ”对菠草时片内m d a 含量的影响 抗氧化酶活性的总体提高，消除了植物体内过高的自由基，从m d a 的含量 一 i mi， o 瑚啪渤瑚啪瑚。 加_”m -；o 似 州 似 撤 。 (i山二占一暑f1一扫i一_譬凸u艮 结果分析 变化也能看出这一点，如图3 ，m d a 含量先逐渐降低，而后又有所上升，但总 体来讲，5 、l o 、1 5 、2 0 m g l 。n d 3 + 对都减少了m d a 含量，与对照相比，分别 减少 1 图3n d ”对蒗草叶片m d a 的含量的影响 f i g ，3 e f f e c to f n d 3 + o nm d ac o n t e n ti np o t a m o g e t o nc r & p u sl 。t c a v e s 了2 8 3 2 、7 0 1 3 、6 0 9 2 和1 4 6 4 ，麓异极最著，1 0m g l 。n d 3 + 时，达到了 最低东平，表鞠穰物傣内栽叁由蒸含量缀低。 通过以上试验，我们可以的得出这样个结论，钕得浓度在1 0 t 5 m gr l “最 商和予植物的生长。 3 2 不月浓度n d 3 + 对c d 2 + 胁追下菠草时片生理生化的影响 i ot2 n dc o n e e n t r a t i o 2 0 0 ( a ) ( 蛐 i1 o l 2 3 4 5 n dc o n c e n t r a t i o n ( m g l 一” 整4 镀对锈毒害f 蒺鼙翻片翻绿素食聚( a ) 番l 霹溶洼蛋禽鼙( b ) 麓影稍 ” f i g 4e f f e c to f n d ”o nc h l o r o p h y l lc o n t e n ( a ) a n ds o l u b l ep r o t e i nc o n t e n t ( b ) i np o t a m o g e t o n c r i s p u s 丘l e a v e su n d e r c d 2 + s t r e s s 1 7 l加j l b 哪 m ，m i o o li一 羹lll 她 始 o li。卜 工一，巾 ” 嚣 烈 ， o 一一缸-冒量彳。耋口。暑ii乱耋。一rb 结果1 j 分析 3 2 1钕对镉毒害下菹草叶片叶绿素含量的影响 试验结果表明，在1 0m g l 。c d 毒害下，叶绿素含量显著下降，与f 常条件 下相比减少了2 5 4 ，而外加钕后，随着钕浓度( 5 、1 0 、1 5 、2 0m g - l 1 ) 的升 高，叶绿素含量先升后降，在1 0 m g l 。n d 时叶绿素含量达最大值，而与单一镉 相比，提高了3 1 6 ，而与f 常相比，仅下降了1 8 ，如图4 ( a ) 所示。可见， 一定浓度的钕可以减轻镉胁迫对叶绿素的降解。 3 2 2 钕对镉毒害下菹草叶片可溶性蛋白含量的影响 由图4 ( b ) p t 以看出，1 0m g l 。1 镉降低了菹草叶片可溶性蛋白的含量，与正 常对照相比，下降了1 9 5 ，而以不同浓度钕处理后，显著提高了可溶性蛋白含 量，表现为先升后降的趋势，与毒