（植物学专业论文）硼对重金属胁迫下槐叶萍生理生化特性的影响研究.pdf

论文独创性声明 本人郑重声明， 1 、坚持以。求实、刨新的科学精神从事研究工作 2 、本论文是毳个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作7 声明并表示 了谢意 作者签名。撞兰皇塑彰 日期：生! = ! 堑：互：丛 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校圈书馆被查阅l 有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索；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 解密后适用本规定。 作者签名；拄兰旌丛生出) 日 期：2 竺! ：垃：f 至 【摘要】 研究镉、汞、铜、铬、锌对槐叶萍叶片生理生化特性的影响及硼 对镉、汞、铜、铬和锌胁迫的缓解作用。结果表明，镉、汞、铞、 铬和锌均能抑制超氧化物岐化酶( s o d ) 、过氧化氢酶( c a t ) 的活 性，减弱了槐叶萍清除活性氧的能力，降低叶绿素和蛋白质含量， 使槐叶萍表现出一定的受害症状。而添加o 5 m g l 的硼可显著提高 s o d 的活性，减慢c a t 活性的下降速率，从而缓解了活性氧清除 能力的下降速度，降低了0 2 一的产生速率，延缓了叶绿素、蛋白质 降解。提高了槐叶萍抵抗镉，汞，铜，铬和锌胁迫的能力。 关键词】槐叶萍，镉，汞，铜，铬，锌，硼，缓解 a b s t r a c t t h ee f f e c t so fb o r o no np h y s i o l o g i c a lp r o p e r t i e si nl e a v e s o fs a v n an a t a n s ( l ) a l lu n d e rt h es t r e s so fh e a v ym e t a l s a b s t r a c t ：t h ee f f e c t so fc d 2 + 7 h 9 2 + ，c u 2 + ，c r 6 + a n dz n 2 + o ns a l v i n i a n a t a n $ ( l ) a l ll e a v e sp h y s i o l o g i c a lp r o p e r t i e sa n dm i t i g a t i o no f b o r o nu n d e rt h es t r e s sc o n d i t i o no fc d 2 + ，h 9 2 + ，c u 2 + ，c r 6 + a n dz n 2 + w e r es t u d i e d t h er e s u l t sw a ss h o w nt h a tc a d m i u m ，m e r c u r y ，c u p r u m ， c h r o m ea n dz i n ci n h i b i t e dt h ea c t i v i t i e so fs o da n dc a t ，a sw e l la s w e a k e n e dt h ea b i l i t yo fe l i m i n a t i n ga o s ( a c t i v a t e do x y g e ns p e c i e s ) o fs a l v i n i an a t a n sf l ) a 1 1 c h l o r o p h y l la n ds o l u b l ep r o t e i nc o n t e n t s w e r ed e c r e a s e d ，a l s oc e r t a i ni n j u r ys y m p t o m sw e r eo b s e r v e d t h e a d d i t i o no f0 5 m g lb o r o ne n h a n c e dt h es o da c t i v i t ys i g n i f i c a n t l y a n dd e c r e a s e dt h es p e e do fc a ta c t i v i t y o x y g e ng e n e r a t i o nr a t e ， d e g r a d a t i o no fc h l o r o p h y l la n dp r o t e i n sw e r el o w e r e dw i t hr e s p e c tt o s i n g l e t r e a t m e n to fc d 2 + , h 9 2 + ，c u 2 + ，c r 6 + a n dz n 2 + t h er e s u l t e d s h o w e dt h a tt h eb o r o ns t r e n g t h e n e dt h es a l v i n i an a t a n sr e s i s t a n c e a g a i n s tt h es t r e s sc o n d i t i o no fc d 2 + ，h 9 2 + ，c u 2 + 7 c r 6 + a n dz n 2 + k e yw o r d s ：s a l v i n i an a t a n s ( l ) a l l ，b o r o n ，c a d m i u m ，m e r c u r y ， c o p p e r ，c h r o m i u m ，z i n c ，m i t i g a t e 2 前言 1 前言 1 1 重金属污染对植物毒害作用的研究进展 重金属离子是全球环境污染的重要来源，因而对重金属污染的 调查和研究显得十分重要。现阶段科学家们在重金属对植物毒害方 面的研究主要集中在以下几个方面： 1 1 1 重金属对植物的毒害作用 植物受重金属毒害后首先表现在对种子萌发的抑制上【l , 2 1 ，继 而影响到植物生长发育的整个过程。表现为侧根发育受到抑制，数 目减少，根系不发达，根系体积下降，生长缓慢，植株矮小，退绿， 产量下降，植物萎蔫甚至停止生长等外部症状 3 4 j 。在生理代谢上 表现出叶绿素含量下降，光合作用与呼吸作用减弱 5 8 1 。可溶性蛋 白含量减少，与膜脂过氧化有关的指标如丙二醛( m d a ) 含量，活 性氧( r o s ) 产生速率，膜透性及h 2 0 2 的积累等随重金属浓度的 加大而增加 4 , 9 1 ，被膜的完整性破坏，损害膜的功能 4 , 9 - 1 1 1 。在重金 属胁迫下，植物保护酶系统一过氧化物歧化酶( s o d ) 、过氧化物酶 ( p o d ) 和过氧化氢酶( c a t ) 发挥着重要的作用，当胁迫程度较低 时，保护酶系统活性能被诱导而在短时间内增强，使r o s 的产生 与清除之间维持一个稳定的平衡状态，但随着胁迫程度的加重，酶 的活性受到抑制，植物受重金属污染后。在超微结构上发生明显的 变化1 2 。1 4 】。 据掇道，重金爝对植物产生毒性的生物学途径可能有两条； 一是大墩的重众属离子进入植物内干扰了离子间原有的平衡系统， 选成正紫离子粒吸收，运输，渗透秘调节等方露靛障礴。从磷使代 谢过程絷乱，二是较多的重畿属离子进入植物体内后，不仅与核酸， 蛋囊囊秘藩等大分子貔震缝合，嚣囊还霹激取戴禁些黪粒蛋自覆行 使其功能时所必需的特定元素，使其变性或活性降低。例如，h 9 2 + 熬菠交燕耪大分子翔棱酸帮蛋自震瓣穗象，在分子承平上造成d n a 的损伤；c d 和硝酸还原酶中巯基有很高的亲和性，能破坏酶的活 性驯还有人认为，重金属胁迫与其它形式的氧化胁迫相似，能抑制 植物体内一些保护酶的活性f 1 6 ，导致大量的活性氧自由基产生睢7 】， 而自由基能损伤主要的生物大分子，引起膜脂过氧化，是植物重金 属伤害的主要机理之一【18 1 ，植物细胞受到伤害后会主动凋亡，主要 特征包括：染色质凝集，质膜出芽，核裂解及形成凋亡小体；d n a 特异性降解，通过凝胶电泳形成梯状条带，称为d n al a d d e r 【l9 1 。 大量的重金属进入植物体内，干扰离子间原有的平衡系统，造 成正常离子的吸收，运输，渗透和调节等方面的障碍，从而使代谢 过程紊乱i i 积累到一定程度时，对植物造成生长发育的影响及其遗 传上的毒害。 在植物生长发育过程中，重金属毒害使得植物出现生长迟缓， 植株矮小，褪绿，产量下降等症状3 1 。莫文红f 20 1 ，段昌群2 1 1 ，和 张义贤1 1 等研究表明：重金属能引起植物细胞分裂出现障碍或不正 常分裂。产生遗传毒害的时间主要是在细胞分裂间期的d n a 和染 色体复制过程中。重金属离子能够引起染色体畸变；此外还影响 d n a 和r n a 含量以及d n a 酶( d n a s e ) 和r n a 酶( r n a s e ) 活性， 抑制d n a 合成和修复等 2 2 1 。 重会属对盼绿素含量和光合传月也眷不同稷度的影响，时绿素 食量和光合强度随重企属浓度增加而下降2 3 。8 1 ，麓金属可弓i 越保护 酶活装熬改变，虽对这凡秘憋熬冠王酶谱瞧发生影晌，受重念属污 染后，孤米，西葫根内p o d 同工酶谱的带数减少且颜色深浅改变 2 舶。透死年熬戮究显示，霆盒属慰淀羚酶f 2 鄞，谈糖棱酸簿2 6 硝酸还 原酶2 7 i 2 8 1 、蛋臼酶29 1 、多酚氧化酶1 2 7 1 等有明显抑制用；对氮代谢， 呼吸作丽，碳求往合耢代谢和核酸代谦等氇均有阻碍佟用。不阊重 金属都会引起植物体内可溶性蛋自含量发生变化。可溶性糖含量3 0 1 怒重要的渗透调节物质，能猩逆境条件下最大限度的保持细胞的渗 透压，臻强植物对逆域的适艨爨力。不同霪金属舔可馊霹溶燃糖会 4 量降低。其变化趋势与植物的抗性强弱有关。另外，有关重金属污 染对其它生理指标如脯氨酸含量等3 1 。3 2 1 均有相关研究。脂质过氧 化是膜上不饱和脂肪酸中所发生的一系列活性氧( r o s ) 反应，其产 物丙二醛( m d a ) 含量是反映脂质过氧化作用强弱的一个重要指标 3 3 1 黄玉山等 3 4 1 的研究表明，植物幼苗中( m d a ) 积累与培养液的重 金属浓度呈正相关，与幼苗生长呈负相关。 许多研究报道了重金属对植物的细胞超微结构损伤情况，但多 集中在陆生植物 3 5 , 3 6 ，对水生高等植物的毒害影响研究报道较少。 施国新1 3 1 等通过汞，镉污染对黑藻叶细胞伤害的超微结构研究，认 为叶细胞遭受毒害初期，高尔基体消失，内质网膨胀后解体，叶绿 素体中的类囊体和线粒体中的脊突膨胀或呈囊泡状，核中染色质凝 集。同时谷魏等1 4 1 在研究h 9 2 + 、c d 2 + 污染对轮叶狐尾藻的毒害时 的结果与李大辉等 3 7 1 不同，这表明不同植物，不同重金属离子存在 不同的污染毒害机制。 1 1 3 植物对重企属的耐性机理研究 关予植物辩重金满懿耐瞧税理骄究，嚣蔫魄较谈颡的可髓蠢魏 下几点； ( 1 ) 植物通过限制对黧金属的吸收，减低体内的重金属浓度。( 2 ) 纛金藩怒量塞集援魏霹懿重金属贮蠢在时片表皮戆表皮毛 ( t r i c h o m e s ) 中，避免重金属对叶肉细胞的直按伤害。( 3 ) 槭物对 避入缅耱蠢静鬟金属弼遥遥区域纯( 鲤a 1 稻c d 累积簌滚海臻维藤 壁中) ，形成沉淀( 如磷酸镛沉淀) 及螫合方式解毒。( 4 ) 植物中 的多种抗氧化防卫系统能够清除鸯由基，保护缁胞免受氧佬胁追酶 伤害。( 5 ) 熏金属胁迫毙诱导u b i q u i t i n 、热休克骚自( h s p ) 、 d n a j 1 i k e 蛋白，几丁质酶，b l ，3 葡糖酶。富含脯氨酸细胞爨蛋自 ( p r p ) ，富含越氨黢缨魏赘蛋鑫( g r p ) 窝瘫撮摆关蛋白( p r ) 镣基因的表达 3 8 , 3 9 这些植物耐受黧金属机理的研究，对于筛选超量 弦繁重鑫属豹檬物，逡霜予耋魏稼治有一定豹意义。 s 前言 对于缓解植物重金属胁迫的研究也越来越引起人们的关注。我 们研究表明硼可以在一定程度上缓解植物重金属毒害。 1 2 硼的生理学效应 硼是高等植物所必须的微量营养元素。尽管高等植物对硼的需 求量很小，但其对养分平稳，生理代谢，细胞壁的结构和功能以及 一些酶的活性起着不可替代的作用。近年来世界上的8 0 多个国家 报道了施用硼肥明显的增产效果，涉及到的作物有1 3 2 种。在中国据 2 5 个省的调查资料，土壤缺硼的耕地占5 0 以上的省有2 0 个，其中 8 个省缺硼耕地占8 0 以上，缺硼总面积达33 0 0 万h m 2 40 1 。在缺 硼的大田作物中，油菜，棉花，甜菜等易受缺硼的影响，在其理论和 应用研究方面受到相关学者的广泛关注。 1 2 1 植物细胞内硼的含量，分布及其形态 1 2 。1 。1植物缨腿农磺的含踅和分布 硼足以硼酸根的形式被吸收，在正常的植物体内，硼浓度以作物 菇稀静不同丽肖显著麓爱，可戳觚凡个m g l k g 翻几百个m g l k g 。阋时 网一作物的不同品种以及同品种的不同器官的硼含爨也不同 4 1 1 。 在细胞水平上，硼主要集中分布在细胞壁中 4 2 1 ，尤其是赢缺硼 戆条嚣下，分纛在缨熬壁中熬疆霹占缨稳审慧羹豹9 8 稻f 4 3 ，露动镌 悬不需硼的，假动物没有细胞壁，这似乎暗示着硼在细胞壁的合成 审有重婪作用。在维稔有丝分裂静避程审，不嗣瓣努袋辩鬻豹含硼 鬃是不样的，分裂期含硼凝少，分裂期间期含硼量高，尤其在合成 辅，其含硼量最高 4 4 1 。这有w 能说明，合成细臆的街震在分裂闯期 中的合成期台成，为分裂末期细胞壁豹形成提供材料。 细胞壁中，硼主瓣存在于果胶质中，与多糖结合在起，其中已 确谈含硼懿垂爨多糖为r g i i 4 5 郴朋1 ，该耩已褥筏分离，研究淡黉， r g i i 单体和硼酸在p h 4 0 情况下能在体外被动龠成r g i i 复食物， 锗酸在篥种程度上可替代硼1 4 8 1 一种多克隆抗体能在细胞中特异识 6 前言 别r g i i ，免疫化学研究表明，在小萝h 根细胞的细胞壁中，抗源性 是由辅酶q 决定的r g i i 中的硼桥为细胞骨架的形成及细胞间的连 通具有很重要的作用49 1 ，弄清这种多糖的结构以及硼与其的作用方 式对进一步弄清硼在细胞壁中的功能将是十分有益的。 已研制出一种荧光染料，能与硼酸结合，称为硼标记物，这种标 记物只存在于非质体中，且在1 0 0um o l 以内无毒害作用 5 们，在向 日葵及燕麦中，通过荧光的有无或强弱探明，根冠以后的分生组织 几乎没有荧光，伸长区遇有很多与硼结合的细胞壁原料物进入，根 毛区特别是根尖，荧光强度很大，这和细胞有丝分裂周期中硼含量 的变化具有一致性。 1 2 1 2 植物内硼的形态 接物体内的硼大部分以不溶性豹形态存在，滚热部分缀少， 特别在双子叶植物中，可溶性硼更少，而单子叶植物中则较多。硼 运淘藜象部整褥稳月乡，这蹩赉予硼大郝分班不游洼形态存纛予擅 物体内，所以必须在艇个生育期间从外部向植物供给硼。 硼的过剩最初表现为硼积聚在新生组织上，由于硼的过剩状 态，健硼承溶熄部分擞著增强，露不溶挂郝分变纯不大。以囱目葵 为材料，在顶弹出现缺硼症状时，顶端最嫩的完全展开叶的匀浆上 溃滚瑟掇联含繁急速减枣，甚至完念交或没奏，嚣菲屡援礴会塞翼| l 无变化，几乎熄一定的，层析硼认为是不可再利用 5 1 】。 不溶性硼主要存在于细胞壁的果胶多糖中f 托，5 3 1 与多糖结合在 一起，形成硼多糖复合戆，势己褥捌分离，瓣办霹与攀糖结台，这 种单糖多为顺式邻羟基糖，如甘露糖、山梨糖、聚糖、半乳糖等等， 形成曹溅穰一营露耱、由黎糖一p 一幽象糖、由梨耱。聚糖莓，硼瓣 4 个羟基与单糖的邻羧基脱水共价络合，形成网状复合物，通过气 禚色谱度谱分析，这些复念耘均檬蜀了分离，舜置褥翔了务稻糖 复合物形成的反应热 5 4 1 ，这种单耩与硼的复合物有可能是形成硼 多糖复含物的前体或材料。 7 根据以上结果，植物体内的硼大体可以分为3 种形态：游离态 ( 水溶态) 、准束缚态( 单糖结合态) 、束缚态( r g i i 结合态) 。其形态 之间可能存在着一种平稳关系，从而就可能存在两个平衡常数，而 不同的作物或同一作物不同的品种这种常数是不一样的，也就导致 了硼利用效率的差异。 1 2 1 3 植物体内硼的运输 硼的吸收多认为是被动吸收，也有人认为存在主动吸收 5 5 , 5 6 1 。 硼一般较难运输的，在幼嫩的组织容易发生缺硼这一现象说明了这 一点 5 7 】。在木质部和韧皮部都可运输硼，但那一个占主导作用却存 在争议，对不同的作物以及不同的生育期其运输方式可能会有所不 同。 硼农本质鄂越运羧被认为主要受蒸黪流戆影嫡，势潋硼农时缘 的积累墩相对较高作其证明然而这种证明是存谯局限一睫的，因为硼 纛耨生鳃织熬分生缝缓中积累氇较蹇，其会量较跨片孛戆含蘩褰爨 许多，丽新生缀织中的输导组织是不成熟的，其蒸腾作用远低于成 熟的时片，虽然仅班蒸腾流寒解释建不全蕊静。硼在裁皮部静逛输 并非是游离的无机硼姻形式，研究认为，它是以硼糖复合物的形式运 输的，这与韧皮部用来运输有机物质裙一致。硼能与较多的单糖形成 硼糖复台物，因糖静结合方式和位点是较多的，因此形成的硼糖复会 物也相巍复杂。近年求有些试验表明，硼在植物体内易于移动，这 筏褥繇谯攘貔钵建戆运赣方式及逡辕麓滚易度等闯题变箨曼热羚 朔迷离。在研究植物韧皮部的运输时，依据叶片中韧皮部中棉子糖 家簇萃糖熬多少及共囊俸运输懿差笄，胃将禳豹分灸3 类 5 a , 5 9 1 ，1 ) 韧皮部禽有很多棉子糖家族单糖，间时伴胞和邻近的薄壁组织及筛 篱有很多胞闻连丝辐道；( 2 ) 酾皮部中主簧运输蔗糖，同时只有少量 其它单糖，伴胞主要遇过共蛾体途径和筛管扭通；( 3 ) 韧皮部只蠢蔗 糖，没有其它单糖，伴胞转为传递细胞，与维管缎织没有共质体传递 途径。逸静分类对磺究硼在翔皮部熬运输差异褰一定靛窟汞佟用。 s 植物体在发生缺硼以后，运输就会发生受阻，主要表现为功能 叶片颜色变深，叶片增厚。研究表明，这是光合产物运输不出所致。 输导组织解剖结构研究表明 6 0 1 6 3 1 筛管为胼胝质所堵塞，这可能是 造成光合产物运不出去的直接原因。另外，缺硼也导致了蔗糖的合 成受阻，这种影响可能是通过酶或激素的调节来完成的，而蔗糖是 光合产物运输的主要形式 6 4 】。 1 2 2 硼对作物产量及品质的影响 研究施肥技术，对合理旅用硼肥至关重要。当前施用硼肥以四 硼酸钠为主，同时也可用硼酸根外追施，具体的施肥方案参照几 种主要作物z n ，b 施用技术规范( 已由农业部推荐全国各地广泛 采用) 65 | 。 综合各地资料，对油菜棉花等作物合理地施用硼肥，增产幅度一 般在8 i 2 左右，严重缺硼时可达3 2 以上，甚至成倍的增长6 6 6 8 1 。 盆栽试验结果表明，在同一氮水平下施用硼肥，棉花绒长增加， 衣分率有下降的趋势；施用硼肥时明显减少油菜种子中蛋白质和油 脂含量。植物缺硼时形态上的变坏是由其生理代谢的破坏决定的， 这都给作物的品质带来了极为不利的影响6 9 ，7 们。 苹聚施用硼肥使莱子增大，蹭加着暴数，减小硬度和可漓定酸 度，但对v c 的含量没稳关联果实中硼含量过低是造成落果的原因之 一，并认为果襄干物中硼含麓为1 4 7 m g k g 时，可得到最佳粜实品 痰 7 1 】。 1 2 3 硼在植物体内的生理作用 1 2 3 1 硼与其窀元素间的相互作用 在簸硼爵施用氮、磷、锑腮，鞠重缺繇症获，轻度鼷硼辩，藏震 氮、磷、钾肥鼹有所增产 6 6 , 7 0 ；硼与锰、锌、镁等也裔一定的互相 德进的作用1 6 1 , 6 8 , 7 2 ，硼与钙在某些功能上有相似性，严羞硖锈时施 9 前言 用硼肥具有一定的缓解作用 7 3 】。 关于硼肥与其它营养元素问的相互作用，王火焰等7 4 1 对此作了 比较详细的综述。 1 2 3 2 硼对植物生理代谢的影响 1 2 3 2 1 硼与植物碳代谢 缺硼条件下，植物体内叶绿素的含量下降，施用硼肥可以提高光 合速率和光合产物的总量，而且促进了光合产物向其它器官的运输 7 5 ，缺硼植物的叶片中可溶性糖含量较正常情况下高，即光合产物 运不出去，这有可能是缺硼时导致蔗糖合成的辅酶因子u d p g 含量 降低，从而导致蔗糖含量下降，蔗糖含量的减少意味着光合产物的 向外运输减少。 在碳代谢的过程中，缺硼可导致体内多酚氧化酶、6 磷酸葡萄 耱脱氢懿的活性增强，过氧化物酶毅过氧他氢酶也显著高于曩常檀 株 7 6 , 7 7 】，缺硼还影响铜酶的活性7 8 】；此外，缺硼还诱导胼胝质的 合残，从嚣疆璐兹矮懿运输。麓羝矮也是一耪多耱，它戆逐速积累， 又可迅速消失，一般会在衰老或即将死亡的组织中的筛管中沉积。 京受鬟穰褫豢伤或其它胁遥因素懿影穗露，它氇会在正豢蘸簸导缝 织中沉积 7 9 , 8 0 ，显然这是植物抗胁迫的一个适应性反威，植物体对 胁追环麓的适疵主要表现为，首先楚调整体内的代谢，包括代谢途 径、代谢方式茅雎代谢过程，转胁迫环境为难常邵境，显然这是轻度 胁迫，严重胁追时，横物对体内代谢的调藤是以能维持其生存为中 ，翦，为此它会糖出一定豹饯徐，有时会是缀惨重夔，照耀对于死 亡来说，肯定邂是居予次要地位。硼胁迫照然影响了植物体内物质 魏运赣，篷是锻懿不遮襻，壤携露将会受魏更隽严耋懿伤害，溷魏 胼胝质的合成荫其一定的适应性。此外，硼诱导胼胝质的合成肯定 不是直接的，缀胃髓氇是遥过激素成酶来作用鹣。 1 2 。3 。2 2 硼与援物氮我谢 1 0 硼能促进棉花结氮的吸收，而且有利于蛋白质的合成，在不同 的硼处理中，随着硼水平的提高，植株体内的氨基酸也发生变化，硼 是碱基如尿嘧啶，乳清酸所必须的】，这表明硼参与了尿嘧啶的合 成，而尿嘧啶又是r n a 所必须的组分，缺硼时r n a 含量会减少，同 时还会减少进入核酸中的磷量 8 2 】。 在大豆中，缺硼导致生长减慢，根瘤重量下降，固氮酶阻遏物活 性加强，同时也使得一种1 1 6 k d a 的蛋白质的提前表达 8 3 】。 1 2 3 2 3 硼与激素 缺硼导致体内乙烯，脱落酸及赤霉素含量的极显著增加，生长 素及细胞分裂素的极显著下降 6 2 , 8 4 ，植物生长点缺硼时坏死与生长 素的积累有关，并认为硼通过与生长素氧化酶阻遏物相结合来保护 生长素氧化酶保护系统，另外也提出了硼与生长素及酚类代谢的关 系 8 5 1 。 由上可见，缺硼可诱导体内各种激素极显著的变化，硼缺诱导 的植物体的伤害有较大一部分很可能是这种激素的变化引起的，然 而在关于缺硼如何引起激素的变化方面的研究做的工作不多，因而 还很不明朗。 1 2 4 植物硼营养基因型差异 1 2 4 1研究背景 禧秘营养遗传是一门耨必静交叉学秘，主蘩研究德耪营养经获 差异及道传关系，进而对植物营养性状进行改良，这为硼素营养遗 传的研究提供大背景 8 6 1 本敲纪3 年戴戳来，入钠发瑗不嚣瓣律耪壤藏一髂携静不藏 品种对凿养元綮的利用效率不同，对过剩的耐性也不同，一般而言， 鞘含量赢酶俸秘，对鞠静器求量逢大，对糯的稀往氇焱，擎予叶攘 物比双予叶植物需硼攫少，这种不同作物戚同一作物不同品种对硼 的敏感陡不同使得筛选和培育硼商效品种以适威缺硼的土壤是一 项经济有益的增产途径，人们对葡萄、甜菜、甘蓝、向日葵、芝麻、 小麦、水稻、玉米等作物作过缺硼差异性研究，结果表明，无论是 需硼多的作物还是需硼少的作物，不同品种间对缺硼的反应存在着 广泛的差异性，有入将作物对硼的敏感性的不同将作物分为双子叶 植物；单子叶植物；含分泌系统的双子叶植物，如罂粟等 5 1 】，并认 为这种分类是居于分生组织的比例不同决定的，而分生组织需硼较 高，这一系列研究为今后硼素营养性状的改良提供了坚实的基础， 1 2 4 2 不同硼效率品种的筛选 硼高效和硼低效品种的筛选是进行植物营养遗传研究必须做 的首要工作，品种的典型与否直接决定了研究的成败。 油菜缺硼差异性研究已做了不少工作 8 7 - 9 0 ，王运华等9 卜9 3 】自 9 0 年代以来通过不同的硼处理共筛选获得了2 个硼低效和8 个硼高 效甘蓝型油菜品种，以生物产量和经济产量为筛选指标，采用两步 筛选法，近1 0 年的研究证明，该筛选方法是成功的，为硼素营养遗 传提供了很好的营养突变体，进一步研究表明，硼高效呈显性遗传， 然而种种迹象表明，这种遗传是数量遗传，尽管如此，高效品种和 低效品种的杂交f 1 代倾向于高效，显著高于低效品种。 一般筛选是通过缺硼和不缺硼处理进行的，也就是说必须提供 竣硼豹主壤，帮便热j 鬟：，薅逡豹工撂囊缀大，这一方嚣傻撂簿逡王终 难度大，另一方面也使得营养遗传进一步的研究面临考验，为此， 簧寻我个表征硼素营养静垒瑾标记，郢硼素营葵往状，当然，这耱 憔状必须是跟硼效率肖密切关系，并且稳定和易于鉴惠，目前也提 疆了一魑性状指标，魄如生物产量、经济产量、搬长、横表面积、时 恕等9 3 叫4 1 ，它们和硼效率商一定的关系，然蔼孰总体上来讲，其 农艺性状和硼效率之间是一种间接关系，受影响的因素较多，因而变 努大，逮传率懿怠不稔定。 1 2 4 。3 硼效率差异机理 关于硼效差异的机理，虽然已做了不少工作，但仍未取得实质性 进展。一般认为导致硼效率差异的原因大致上可分为三个方面：一 是吸收效率的不同，二是运输效率的不同，三是利用效率的不同。 对于硼的吸收，多认为是被动吸收，但也有人认为是主动吸收 52 1 ，但无论是主动吸收还是被动吸收，不同硼效率的油菜根系吸收 硼的能力是不同的，水培试验表明，高效品种相对于低效品种有较 大的吸收表面积和吸收比表面，这可能是导致吸收能力不同的主导 原因，对于这种根系的差异，无疑是该品种固有的遗传背景决定的， 其差异有待于从分子生物学的水平予以揭示。 对于硼的运输现存在颇多争议，有人认为硼是难以移动的，因 而不能够再利用，有人认为是能移动的，有些能够再利用，对这两 种观点，持前者的居多，然而还是无法决定谁是谁非，抑或两者都 存在局限性，硼可在木质部运输，亦可在韧皮部运输，前者以无机 硼盐的形态运输，并认为受蒸腾流的影响；后者则认为是以硼糖复 合物的形式运输，与单糖的类别及数量有一定的关系，硼的运输差 异是存在的，然而这种差异是否对植物硼效起着重要作用，目前的 研究还不能作出肯定或否定的结论，有待于以后采用较先进的手段 加以论证。 对予硼豹列用效率，其研究主要集中经硼在细胞璧中担镁什么 样的角色上，硼主要檬在于细胞壁中的果胶多糖中，其体来说就是 存在于鬣李耱半巍壤醛酸聚糖趣a m 珏o g a l a e t 珏f o 箍a n l l ) 孛1 4 8 ，筵豫 r g i i ，现已分离得到这种物质，它般含6 0 个碱基，其中半乳糖、 簸李耱、嚣整偿糖夜半巍穗残蓥豹毪爨戈1 0 ：7 ：5 ：5 ，藏终还存在一 蟥稀有糖9 5 】，这使得硼与锊在功熊上可能有某魑相似性 5 2 - 5 3 1 ，然 磷，在纲臆壁中，磁钙的浓魔稚差1 0 0 0 倍良上，蠲诧硼稻锈农缅藏 壁中行使者各巍特有的不可替代的功能，硼在进入细胞壁前蓠先可 能进入细胞质，通过硼在细胞中三种形态的分析，推测硼是通过某 糖载体遽送到绸您壁，和缨戆壁的结枣句物质组装起来 亍使其功能， 前言 由于硼和糖有特殊关系，这种载体很有可能是糖或者是糖蛋白，由 此，载体转运硼的能力和灵敏度，细胞壁硼结构物质对硼需求量的 多少将对植物硼效率产生深远的影响。 本课题通过研究硼对重金属胁迫下槐叶萍生理生化特性的影 响研究，以验证硼在植物重金属胁迫中的作用，及其缓解机制。 1 4 材料和方法 2 材料和方法 2 1实验材料 槐叶萍( s a l v i n i an a t a n s ( l ) a 1 1 ) ，属蕨纲、薄囊蕨亚纲、槐叶 萍目、槐叶萍科，采自江苏东山太湖水域，将其移植于水生植物培育 池中培养。 2 2实验方法 将实验材料放在f o r m a 3 7 4 4 培养箱内无底泥的大玻璃缸( 1 0 l ) 中，用自来水驯化培养，光照周期为1 2 h 1 2 h ，光暗温度为2 5 ，18 3 d 后选取生长健壮的植株，分为2 组：对照组：分别用含有0 ，1 ， 3 ，5 ，1 0 m g lc d 的h o a g l a n d 培养液处理硼( b ) 处理组：在上述 含不同浓度梯度c d 的h o a g l a n d 培养液中，均加上0 5 m g l 的硼( 预 实验表明此浓度的b 对植物生长较为有利) 。第5 d 取植株倒数第2 对至倒数第5 对叶进行各项生理指标测定，实验重复3 次。汞( h g ) 、 铜( c u ) 、铬( c r ) 、锌( z n ) 处理同c d 2 2 1酶液的制备 叶片取材后，用蒸馏水冲洗干净，吸水纸吸干，放在加了适量 5 0 m m o l l 磷酸缓冲液( p h 7 8 ) 的研钵中，冷冻研磨，1 0 0 0 0 9 离心 2 0 r a i n ，上清液分析s o d ，p o d ，c a t 活性、02 + 产生速率和可溶性 蛋白含量的变化。 3 2 2 超氧化物歧优酶( s o d ) 活性测定 采鲻南京建成生物工稷公司s o d 溺试盒遴簿嚣定，渡每毫舞反 _ 暾液中s o d 抑制率达5 0 时的s o d 量为个甄硝酸盐单位( n u ) 。 2 2 3 蠢氧化氯酶( c a t ) 活。睫测定 采糟南家建成生赣工程公司c a t 溺试盒遴杼灏定，其活；陡单位 寇义为：每克植物材料每秒分解lt am o l h 2 0 2 的c a t 量为一个活力单 彼。 材料和方法 2 2 4 过氧化物酶( p o d ) 活性测定 采用愈创木酚法96 1 ，以每分吸光度的变化值表示酶活大小。 2 2 502 。产生速率的测定 按照王爱国和罗广华的方法9 7 1 测定 2 2 6 叶绿素含量的测定 参照“植物生理学实验指导【9 8 1 的方法。 2 2 7可溶性蛋白含量的测定 采用考马斯亮蓝g 一2 5 0 法9 9 1 测定，以牛血清白蛋白( b s a ) 为标 准蛋白。 1 6 结果 3 结果 3 1 硼对镉( c d ) 、汞( h g ) 、铜( c u ) 、铬( c r ) 、锌( z n ) 胁迫下 槐叶萍鲜叶中绿素含量的影响。 3 1 1 硼对c d 胁迫下槐叶萍鲜叶中叶绿素含量的影响 重金属离子均影响叶绿素的含量。随着c d 离子浓度的增加， 叶绿素含量呈下降趋势( 图1 ) ，与离子浓度呈显著负相关( r 。 = o 9 5 1 9 8 ，p 0 0 1 ，r b * 4 n = o 8 9 5 2 9 ，p 0 0 5 ) ，两处理组均在1 0 m g l 时叶绿素含量最少。添加硼可显著缓解c d 胁迫下槐叶萍叶绿素含 量减少，在无c d 胁迫时，添加硼可使叶绿索含量提高7 5 9 7 在 c d 浓度1 0 m g l 时添加硼使叶绿素含量提高3 0 3 7 。 c d 浓度 0 l 3 ) 1 0 对照组 0 7 5 9 7 0 6 4 7 9 0 5 6 1 1 0 5 2 3 1 0 4 0 4 4 b 处理组 1 0 8 8 0 9 1 9 o 7 1 0 2 o 6 0 0 5 o 5 2 7 2 0 4 3 2 1 4 4 0 4 1 8 4 2 9 0 2 6 5 7 2 8 0 1 4 7 9 6 4 0 - 3 0 3 6 6 ( rm r - - 0 9 5 1 9 8 ，p 0 0 1 ) 1 7 结果 ( r bn a n - - 0 8 9 5 2 9 ，p 0 0 5 ， r b 自= o 9 2 4 3 ，p 0 。0 5 ) r b 箍g n - - 0 9 2 4 3 ，p 0 0 5 ) ( r b 处4 n = 0 9 0 1 5 4 ，p 0 0 5 ) 图3 硼对c u 胁遍下槐叶萍鲜时中辞绿索含量的影响 3 1 4 磷慰c r 耱遑下撬跨萍鳝时中跨绿素食量豹影响。 重众属离予均影响时绿索的含避。隧精c r 离子浓度的增加， 叶绿素禽量呈下降趋势( 图3 ) ，财在1 0 m g l 时使竹绿索含量簸少。 添如硼霹显著缓盎孚c f 胁追下槐时簿时绿索含量减少。添加硼可使 叶绿素含量提高7 6 ，在c r 浓度1 0 m g l 时添加硼使叶绿素食量提 巍3 2 0 0 9 。 c r 浓度 对照组 oo 7 6 b 处理组 1 0 8谯4 2 1 0 5 3 4 2 1 8 6 4 2 o 1 1 0 0 0 o 一瞳*嘶e一 _copcoo一一114lllu = 喜舡黼骠古 结果 1 3 5 1 0 0 6 8 0 6 1 9 0 5 4 3 o 4 5 3 0 9 2 3 0 7 4 6 0 6 2 3 0 5 9 8 0 3 5 7 3 5 3 0 2 0 5 1 7 0 1 4 7 3 3 o 3 2 0 0 8 8 ( r 对月= 0 9 6 8 9 4 ，p 0 0 1 ) ( r bn 月n - - 0 8 7 0 2 4 ，p 0 0 5 ) 图4 硼对c r 胁迫下槐叶萍鲜叶中叶绿素含量的影响 3 1 5 硼对z n 胁迫下槐叶萍鲜叶中叶绿素含量的影响。 重金属离子均影响叶绿素的含量。随着z n 处理叶绿素含量呈 下降趋势，则在1 0 m g l 时使叶绿素含量减少。添加硼可显著缓解 z n 胁迫下槐叶萍叶绿素含量减少。添加硼可使叶绿素含量提高 7 6 ，在z n 浓度1 0 m g l 时添加硼使叶绿素含量提高3 1 3 3 z n 浓度对照组 00 7 6 10 7 2 3 0 6 7 8 5 0 5 6 2 b 处理组 1 0 8 0 4 2 1 0 5 3 o 9 50 3 1 9 4 4 4 0 7 9 8 0 1 7 6 9 9 1 0 6 5 80 1 7 0 8 1 9 2 0 结果 1 00 4 9 8 对照组 口b 处理组 z n 浓度 z nc o n c e n t r a t i o n ( m g l ) ( r ”月= o 9 6 5 8 7 ，p 0 0 1 ) ( r bn g n = o 8 6 7 4 7 ，p 0 0 5 ) 蜜5 鼷慰z n 鹣遥下攘时簿鳝时中时绿素食量瓣影魂 3 2 硼对镉( c d ) 、汞( h g ) 、铜( c u ) 、铬( c r ) 、锌( z n ) 胁迫 下槐叶萍鲜盱中超氧化杨歧化酶( s o d ) 活性的影响 3 2 ，1溅鼹c d 耪遥下穗时薄鳝砖中s o d 活缝熬影响 照麓c d 浓度增加，s o d 活性都照急剧下降趋势，其中 1 0 m g l c d 处瀵植物的叶中s o d 活性佼有破常生长前植物的 2 8 0 4 8 ，露培养液中加入硼可显蒜提裹，缒c d 处理浓度增大s o d 活性降低，s o d 活性与离子处理浓度里照著负相关( r 。， = 蚤。9 7 2 7 9 ，p 0 0 1 ，r b 燕g = o 9 2 6 2 6 ，p 0 0 1 ) 。羲程培养波孛热入骥 可显著提高c d 胁迫下槐叶萍叶内s o d 活性。 c d 浓度 o l 4 对照维 1 5 0 1 1 1 4 1 0 8 4 6 1 3 8 4 8 8 5 b 处理组 1 6 2 2 9 6 6 1 5 2 4 4 8 6 1 4 4 4 6 7 4 o 0 6 7 7 3 3 o 0 8 0 5 4 7 o 0 4 3 1 7 3 2 1 8 6 4 2 0 l 0 0 0 0 一譬“铀e一 _；pcoo一一二all【o =奇如憾嚣古 结果 5 1 0 1 1 1 5 9 2 3 9 2 0 8 1 7 8 1 1 4 8 9 2 1 0 9 3 6 7 2 o 0 2 9 5 6 9 0 1 8 7 7 1 8 台 攀 2 0 0 0 1 6 0 0 1 2 0 0 8 0 0 4 0 0 一对照组 口b 处理组 c d 浓度 c dc o l l c e n t r a t i o n ( m g l ) ( rwn - - 0 9 7 2 7 9 ，p 0 0 1 ) ( r b * mn = o 9 2 6 2 6 ，p 0 0 1 ) 黼6 硼对c d 胁迫下槐叶薄鲜叶中s o d 活性的影响 3 2 2 礴辩h g 耪遥下援时薄鲜时中s o d 活炷赘影噙 不网浓度的h g 处理后s o d 活性都望急剧下降戆势， 其中 1 0 m g l h g 处理植物的叶中s o d 活性仅有识常生长的植物的 ( 5 8 。0 4 8 ) ，褥培莠滚热入硼可显著提燕，处理浓度堪大s o d 活 性降低，s o d 活性与离子处理浓度里显著负相关，而在培养液中加 入稍霹鼗蓉提麓h g 耱遥下耩赞薄静建s o d 溪谯。 糙浓发 o 1 气 5 对照组b 处理组 1 5 2 01 6 2 2 9 70 0 6 7 7 4 3 1 3 9 8 7 61 4 6 5 6 70 0 4 7 8 3 5 1 2 7 8 9 51 3 9 5 。3 40 国9 l 0 0 4 1 0 0 8 4 61 0 0 3 2 50 0 0 5 1 7 结果 1 0 7 8 6 9 7 9 4 5 3 4 0 2 0 1 2 4 2 1 0 0 1 8 0 0 旨 1 5 0 0 蛆：蓄 姆皇1 2 0 0 萤! 耋咖 高 6 0 0 3 0 0 0 对照组 口b 处理组 h g 浓度 h gc o n c a n t r a ti o n ( m g l ) ( rm h = 0 9 7 9 2 4 ，p 0 0 1 ) ( r an 4 n = o 9 1 7 0 2 ，p 0 0 5 ) ( r bn 4 n = 0 9 4 18 9 ，p 0 0 1 ) 图8 硼对c u 胁追下槐叶萍鲜叶中s o d 活性的影响 3 2 4 瑶辩c r 胁遥下耩汁萍鲜时中s o d 满往静影响 不网浓度麴c r 处理后s o d 活牲都里急剧下降越势，其中 1 0 m g l l c r 处璁植物的叶中s o d 活性仪有正常生长的植物的 ( 7 8 ，0 8 ) ，嚣培养滚麴入磷可显蓑提亵，处理浓疫缮大s o d 活性 降低，s o d 活性与离子处理浓度呈显著负相关。而在培养液中加入 瑚冒显蘩提高c r 赫遗下穰时萍时斑s o d 溪经。 c r 浓度 0 3 1 0 0 0 6 7 7 4 3 o 疆麟3 o - o 氍瓣3 7 o 0 0 0 8 7 0 。0 9 5 2 2 4 m 均 如加 0 驰 瓠孔 吼 雠趴 i 一曲1一 h_叫hoc日oo 掣蚝0 酗 卯 盯 弛 ， 裾 2 3 6 4 6 蝴 薹| | 莹 | 羹 组 p j 隐 雕 住 触 强 奶 瓣 坫 辩 抽 坦 蛐 结果 嫠j 墓 曼i 耄 昌 对照组 口b 处理组 c r 浓度 c rc o n c e n t r a ti o n ( g l ) ( rn 月= o 9 9 5 6 ，p 0 0 1 ) ( r b * 4 自= o 9 8 0 4 3 ，p 0 0 1 ) 圈9 硼对c r 胁遗下槐叶萍鲜叶中s o d 活性的影响 3 。2 5撩簿z n 胁追下撬时萍鲜时中s o d 活瞧蠡孽影响 不嗣浓度熟z n 处理惑s o d 活性郝里急劁下降趋势，其中 1 0 m g lz n 处理植物的叶中s o d 活性仅有藏常生长的植物的 8 8 。0 2 ) ，露培葬滚鸯翼入硼可显羲提裹，处理浓疫增大s 0 d 透蛙 降低，s o d 活性与离子处理浓度呈晟著负相关。而在培养液中加入 稍显鬻提高z n 耱逡下援跨萍峙两s o d 活犍。 z n 浓度 对照组b 处理组 o l 3 5 1 0 1 5 2 0 1 4 5 5 + 8 7 1 4 3 2 1 2 1 2 7 6 5 2 1 1 3 2 6 7 1 6 2 2 i 5 4 8 。弊 1 4 8 7 2 3 1 2 9 8 3 4 9 9 9 5 8 0 0 6 7 1 0 5 o 0 6 3 1 9 0 0 3 8 4 8 1 馥0 1 7 羽 3 - 0 1 1 7 5 黜 湖 喜 。 结果 蓑善言 嘉i 耋 对照组 口b 处理组 z n 浓度 z nc o i l c e n t r a t i o n ( m g l ) ( r 目h = o 9 8 2 3 6 ，p 0 0 i ) ( r bn 日m = o 9 9 4 3 8 ，p 0 01 ) 图1 0 硼对z n 胁迫下槐叶萍鲜叶中s o d 活性的影响 3 3 硼对镉( c d ) 、汞( h g ) 、铜( c u ) 、铬( c r ) 、锌( z n ) 胁迫下 对槐叶萍鲜叶中过氧化物酶( p o d ) 活性的影响 3 3 1 硼对