（食品科学专业论文）镉处理对花生品质、生理机制和金属硫蛋白Ⅱ型基因表达的影响.pdf

镉处理对花生品质生理机制和金属硫蛋白i i 型基因 表达的影响 学位论文完成日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 害瓣 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( ) 一或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下 事项： l 、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。 2 、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学“中 国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社 用于出版和编入c n k i 中国知识资源总库， 授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：赤编码 导师签字： 签字日期：伽年f 月f 日签字日期：b 办年矿月，e l 镉处理对花生品质、生理机制和金属硫蛋白i i 型基因表达的 影晌r t l u j牙 摘要 镉是非生物必须元素，也是环境污染中危害最大的重金属之一，主要来源有 自然存在和人为污染，如矿产开采、工业生产中的“三废污染、污水灌溉、大 气沉降和土壤施肥等。它可通过食物链被人体吸收，而积累在肝、肾、胰腺、甲 状腺和骨骼中。当人体吸收的镉达到一定剂量时会影响其健康状况，严重时则会 导致各种疾病，如高血压，骨痛病，肾功能紊乱，肝损害，肺水肿，贫血等。花 生既是是世界主要的油料作物，还是重要的植物油脂来源和食品加工原料。我国 既是世界上重要的花生生产国，也是最大的出口国。近年来，我国出口花生及花 生制品中重金属镉超标现象日益严重，影响了花生食品安全性。因此，如何有效 控制花生籽粒c d 污染已成为当今研究热点。 本论文采用土壤盆栽和营养液培养试验相结合，研究了镉胁迫对不同花生品 种品质、生理生化机制的影响，以及花生幼苗金属硫蛋白2 型基因表达与不同镉 处理水平的相关性研究。结果如下： ( 1 ) 镉处理对花生基因型间产量和品质的影响存在差异性。镉处理水平 1 2 m g k g 下，花生籽仁中镉含量与对照组( c k ) 存在极其显著差异，且基因型间镉 积累量存在显著差异，在试品种中筛选出低积累镉品种x d 0 1 1 和高积累镉品种 x a 0 0 4 。不同基因型花生对镉处理后蛋白质含量变化率存在差异性，变化率在 1 2 3 一1 3 9 之间。镉处理对花生荚果产量和主要脂肪酸含量影响不显著，但 所有镉处理后花生籽仁镉含量均已超标，不能直接被食用。 ( 2 ) 镉胁迫对花生不同生长时期生理机制的影响存在差异性，其中饱果期 影响最显著，且品种间差异显著。花生收获期，镉胁迫荚果产量变化不大，但显 著的减低了出仁率和籽仁产量：镉胁迫叶片主要生理变化指标进行主成分分析， 得出m d a 含量、p o d 活力和总叶绿素含量为第一主要影响因素，这三指标可作 为是镉敏感指标，以及花生镉污染胁迫的诊断指标。通过镉胁迫下第一成分指标 和产量变化聚类分析，得出在试品种中花育2 2 、花育2 3 和鲁花1 4 相对于丰花3 、 花育2 0 和鲁花1 2 为镉不敏感型品种。 ( 3 ) 镉在花生植株体内分布特征如下：在镉处理水平为o 时，柄 根 茎 叶 籽实；当镉处理水平为3 m g k g 时，茎 根 叶 籽实 柄；当镉处理水平达到 1 2 m g k g 时，根 叶 茎 籽实 柄；而当镉处理浓度提至2 4 m g k g 时，叶 茎 根 柄 籽实。随着镉污染浓度增大，镉在花生作物中渐渐往叶茎积累，而非根是最 主要的积累部位。 ( 4 ) 构建了p m d l 8 t a h m t 2 重组质粒，重组质粒的拷贝数和c p 值具有良好 的线形关系，且熔解曲线峰单一，无杂峰，可以有效的排除非特异性信号的干 扰，成功建立了能精确分析花生a h m t 2m r n a 表达水平的s y b rg r e e ni 实时荧 光定量p c r 实验方法。利用该方法观察分析了镉处理对花生幼苗期不同营养器官 a h m t 2m r n a 表达水平差异，证实了镉处理水平与花生a h m t 2m r n a 表达具有一定 相关性，相关系数r 2 大于0 9 。 关键词：花生；镉；生理机制；金属硫蛋白2 型基因 e f f e c t so fc a d m i u mo np e a n u tq u a l i f y , p h y s i o l o g i c a l r e s p o n s ea n d 锣p ei im e t a l l o t h i o n e i ng e n ee x p r e s s i o n a b s t r a c t c a d m i u m ( c d ) i san o n - e s s e n t i a le l e m e n ta n do n eo ft h em o s tt o x i ch e a v ym e t a l s t h a ti sp r e s e n ti nt h es o i ln a t u r a l l ya n df r o ma n t h r o p o g e n i cs o u r c e s i n c l u d i n g a t m o s p h e r i cd e p o s i t i o n ，a p p l i c a t i o no fs e w a g es l u d g ea n dm a n u r e s ，i r r i g a t i o nw a t e r , a n di nf e r t i l i z e r sa n ds oo n t l l i si sag r o w i n gc o n c e r nb e c a u s ec di ns o i lc a nb e t r a n s f e r r e dt op l a n t s ，r e s u l t i n gi np h y t o t o x i c i t ya n dt h r e a t st oa n i m a la n dh u m a nh e a l t h t h r o u g ht h ef o o dc h a i n c a d m i u mc o n c e n t r a t e si nt h el i v e r , k i d n e y , p a n c r e a s t h y r o i d a n db o n e s ，a n dc a ng e n e r a t es o m ed i s e a s e ss u c ha sh y p e r t e n s i o n ，b o n ed i s e a s e ，k i d n e y d i s o r d e r s ，l i v e rd a m a g e ，p u l m o n a r ye d e m a , a n e m i a , a n ds oo n p e a n u t ( a r a c h i s h y p o g a e al ) i sam a j o ro i l - b e a r i n gc r o pi nt h ew o r l da n da ni m p o r t a n tr e s o u r c eo f p l a n tp r o t e i na n dam a i nr a wm a t e r i a lf o rf o o dp r o c e s s i n g w i t ht h ei n c r e a s i n go fi t s d i r e c th u m a nc o n s u m p t i o na n df o o dp r o c e s s i n g ，t h ec dc o n c e n t r a t i o ni np e a n u tk e r n e l h a sa r o u s e dg r e a tc o n c e r ni nr e c e n ty e a r s c h i n ai sam a i nc o u n t r yo ft h ep r o d u c t i o n a n de x p o r t a t i o no f p e a n u t , b u tt h ec de n r i c h m e n ti np e a n u tk e r n e li st h em a i no b s t a c l e f o ri t sp e a n u te x p o r tt r a d ea n de d i b l es a f e t y 1 1 1 e r e f o r e h o wt oe f f e c t i v e l yp r e v e n tt h e p e a n u tk e m e lf r o mc dc o n t a m i n a t i o nh a sb e c o m et h eh o t s p o t i nt h i st h e s i s ，t h ec o m b i n a t i o no fs o i lp o ta n dn u t r i e n ts o l u t i o nc u l t u r ea l ec o n d u c t e d t os t u d ye f f e c t so fc a d m i u mo np e a n u tq u a l i f ya n d p h y s i o l o g i c a lm e c h a n i s mo fp e a n u t a n dt h ec o r r e l a t i o no fb e t w e e np e a n u ts e e d l i n g st y p e2m e t a l l o t h i o n e i ng e n e e x p r e s s i o na n dc a d m i u ml e v e l s t h em a j o r i t yo fr e s u l t s 嬲f o l l o w s ： ( 1 ) p o te x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e d 幻s t u d yt h ee f f e c t so fc a d m i u mc o n t e n ta n ds e e d q u a l i t yo ff i f t e e ng e n o t y p e sp e a n u tu n d e r12 r a gc d k gt r e a t m e n t 1 1 屺r e s u l t s i n d i c a t e dt h a tt h ec dc o n t e n ti nk e r n e la n dq u a l i t ys h o w e ds i g n i f i c a n td i f f e r e n c e w i t h i ng e n o t y p e s ( p o 0 5 ) 田1 ec dc o n t e n ti nk e r n e li n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y ( p 0 01 ) u n d e rc dt r e a t m e n t e s p e c i a l l yx a 0 0 4i n c r e a s e d8 6 9t i m e s t h e k e m e lp r o t e i nc o n t e n to fk b 0 5 4d e c r e a s e d1 2 3 u n d e rc dt r e a t m e n lw h i l e k c 0 0 8i n c r e a s e d1 3 9 n l cc dc o n t e n to fa l lp e a n u tk e m e l si nt h i sr e s e a r c h w a sh i g h e rt h a nt h a ti ng b15 2 01 - 9 4u n d e rc dt r e a t m e n ta n dc a n tb ee a t e n d i r e c t l y i tw a sc o n c l u d e dt h a tx d 0 11w a st h el e s sc d a c c u m u l a t i o ng e n o t y p e a m o n gt h et e s t e df i f t e e ng e n o t y p e sp e a n u t , a n dx a 0 0 4w a st h eo p p o s i t e ( 2 ) p o te x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e dt oe v a l u a t et h ep h y s i o l o g i c a la n dy i e l dr e s p o n s e s o fp e a n u tc u l t i v a r s h u a y u 2 2 ( 1 ) ，l u h u a l 4 ( 2 ) ，f e n g h u a 3 ( 3 ) ，h u a y u 2 0 ( 4 ) ，h 吼y 砣3 ( 5 ) ，a n d l u h u a l 2 ( 6 ) u n d e r1 2 m gc d k gt r e a t m e n ti nd i f f e r e n t g r o w t hs t a g e s 1 1 1 er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ep e a n u tt r e a t e dw i t hc a d m i u ml e v e l o f12 m g k gd i dn o tc a u s eo b v i o u sv i s i b l et o x i cs y m p t o m s ，w h i l et h ea n t i o x i d a n t e n z y m e sa c t i v i t i e sc o n c l u d i n gs o d ，c a t , p o ds h o w e ds i g n i f i c a n td e c r e a s ei n t e s t e dg r o w t hs t a g e sb e t w e e nc o n t r o la n dt r e a t m e n t ( p 0 0 5 ) a n dt h ec o n t e n to f t o t a lc h l o r o p h y l ld e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yi n t h ec a d m i u mt r e a t m e n ts a m p l e s c o m p a r e dt ot h ec o n t r o la n dg r a d u a l l yd e c r e a s e di nt h eg r o w t hs t a g e s ( 尸 s t e m l e a f s e e dw h e n t h et r e a t m e n tc o n c e n t r a t i o nw a s0 。s t e m r o o t l e a f s e e d s t a l kw h e ni tw a s3 m g k g ， r o o t l e a f s t e m s e e d s t a l kw h e nt h ea c c u m u l a t i o nc o n c e n t r a t i o n i n c r e a s e dt o1 2m k ga n dt h el e a f s t e m r o o t s t a l k s e e dw h e ni tw a si n c r e a s e d t 02 4m g k g t h ec h a r a c t e r i s t i c si n d i c a t e dt h a tw i t ht h ei n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o n , t h ec a d m i u mm a i n l ya c c u m u l a t e di nl e a v e s a n dt h er o o tw a sn o tt h em a i n a c c u m u l a t e dp o s i t i o n ( 4 ) n u t r i e n ts o l u t i o nc u l t u r ee x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e dt os t u d yt h ep e a n u ts e e d l i n g t y p e2m e t a l l o t h i o n e i ng e n ee x p r e s s i o nu n d e rd i f f e r e n tc dc o n c e n t r a t i o ns t r e s s i t w a ss u c c e s s f u lt oe s t a b l i s hap r e c i s ea n a l y s i st e s tm e t h o do fp e a n u ta h m t 2 m r n ae x p r e s s i o nl e v e lw i t hs y b rg r e e nir e a lt i m e q u a n t i t a t i v ep c p m d18 t - a h m t 2a n dp m d18 t - a c t i nr e c o m b i n a t i o np l a m i d sw e r ee s t a b l i s h e d a n dt h ep l a s m i dc o p yn u m b e ra n dt h ec pv a l u eh a v eg o o dl i n e a rr e l a t i o n t l 硷 m e l t i n g c u r v ep e a kw h i c hc a n e f f e c t i v e l y e x c l u d et h ei n t e r f e r e n c eo f n o n - s p e c i f i cs i g n a lw a ss i n g l e t t l i sm e t h o dw a su s e dt oo b s e r v ea n da n a l y z e p e a n u ts e e d l i n g sa 1 1 m 他m r n ae x p r e s s i o nu n d e rd i f f e r e n tc dc o n c e n t r a t i o n s t r e s s ，w h i c hc o n f i r m e dt h eg o o dc o r r e l a t i o nb e t w e e nc dc o n c e n t r a t i o na n d a h m t 2m r n a e x p r e s s i o n ，r z 0 9 k e yw o r d s ：p e a n u t ( a r a c h i sh y p o g a e al ) ；c a d m i u m ；p h y s i o l o g i c a lm e c h a n i s m ； 锣p e2m e t a l l o t h i o n e i ng e n e 目录 l 前言：1 1 1 研究目的与意义1 1 2 国内外研究进展2 1 2 1 植物对镉的吸收与分布2 1 2 2 镉处理对作物品质的影响2 1 2 3 镉对植物生理机制的影响3 1 2 4 植物对重金属镉毒性的耐受作用5 1 2 5 利用技术手段降低镉在食物链中的危害7 1 2 6 实时荧光定量p c r 技术分析基因表达差异8 1 3 值得进一步研究的问题1 0 1 4 本研究的技术路线1 1 2 镉处理对花生品质的影响1 3 2 1 引言1 3 2 2 材料与方法1 3 2 2 1 材料r 。1 3 2 2 2 盆栽试验设计：15 2 2 3 方法j 1 5 2 3 结果与讨论：。1 5 2 3 1 镉处理对不同基因型花生籽仁镉含量的影响1 5 2 3 2 镉处理对不同种类花生籽仁中蛋白质含量的影响1 7 2 3 3 镉处理对花生籽仁油脂品质的影响18 2 4 本章小结1 9 3 花生对镉胁迫的生理响应2 l 3 1 引言2 1 3 2 材料与方法2 l 3 2 1 材料2 l 3 2 2 盆栽试验设计2 2 3 2 3 实验方法2 2 3 2 4 统计学处理同2 2 3 4 2 2 3 3 结果与讨论。2 2 3 3 1 镉胁迫对抗氧化酶体系活性的影响2 3 3 3 2 镉胁迫对总叶绿素含量的影响2 4 3 3 3 镉胁迫对细胞膜的伤害作用2 5 3 3 4 镉胁迫对花生产量的影响2 6 3 3 5 镉胁迫对花生收获期主要生理变化指标的主成分分析2 7 3 4 本章小结2 7 4 镉在花生体内分布特征。2 9 4 1 引言：2 9 4 2 材料与方法。2 9 4 2 1 材料2 9 4 2 2 盆栽试验设计2 9 4 2 3 样品处理3 0 4 2 4 重金属镉的测定方法同2 2 3 1 3 0 4 2 5 统计学处理同2 2 3 4 3 0 4 3 结果与讨论3 0 4 4 本章小结。3 3 5 镉处理对花生幼苗金属硫蛋白2 型基因表达差异分析。3 5 5 1 引言3 5 5 2 材料与方法3 5 5 2 1 材料。3 5 5 2 2 方法3 6 5 3 结果与讨论3 8 5 3 1 花生重组质粒的构建3 8 5 3 2s y b rg r e e ni 实时定量p c r 检测方法的建立。3 9 5 3 3 花生幼苗a h m t 2m r n a 表达水平的检测4 1 5 4 本章小结4 2 h 6 结论：4 3 参考文献。4 5 附录5 2 致谢5 7 个人简历5 8 研究生期间发表的研究成果5 8 i i i 锅处理对花生品质、生理机制和金属硫蛋白i i 型基因表达的影响 l 前言 1 1 研究目的与意义 镉( c a d m i u m ，c d ) 是自然界广泛存在的一种重金属微量元素，地壳中镉的平 均含量为0 1 5 一- 0 2 0m g k g ，空气中为0 0 0 2 , - - - , 0 0 5t t g m 3 。正常条件下，植物体 内镉含量很低，一般不超过l m g k g 1 1 。环境镉污染日益严重，主要是由于矿产开 采、工业生产中的“三废”污染、污水灌溉和土壤施肥，尤其是磷肥被认为是农 业土壤污染的重要来源，大气沉降也是环境镉来源中一个不可忽视的部分，目前 也逐渐引起了人们的重视【2 ，3 1 。 镉是非生物必需元素。尽管有研究表明在低浓度条件下，它或许能刺激生物 体的生长和发育，有利于生命系统的生存和发展，但多数研究表明其带来更多的 是有害效应 4 - 6 。金属镉元素毒性很低，但其化合物中的c d 2 + 毒性很大。据报道， 当水中镉超过0 2 m g l 时，居民长期饮水和从食物中摄取含镉物质，可引起“骨 痛病”。动物实验表明，小白鼠最低致死量为5 0 m g k g 。镉污染水源和土壤，通 过食物链直接或间接被人体吸收，进入人体和温血动物的镉，主要累积在肝、肾、 胰腺、甲状腺和骨骼中而慢慢积累在肾脏和骨骼中，具有强烈的潜在性和累积性， 潜伏期可长达1 0 - - 3 0 年。研究表明，人体吸收的镉达到一定剂量时会影响其健 康状况，严重时则会导致各种疾病，如高血压，骨痛病，肾功能紊乱，、肝损害， 肺水肿，贫血等【7 加1 。早在1 9 7 1 年，镉元素就被列为环境污染中最为危险的五 种物质之一，世界卫生组织就提出每个成年人每天对镉可忍受的最大摄入量为 6 0 - - - , 7 0 t t g 。 长期以来，人们关于镉污染土壤的治理工作非常重视。一直遵循的原则都是 净化或钝化土壤中的镉，降低镉在食物链中的危害，目前采用的技术方法有物理 处理、化学改良和生物净化等n u ，但是现有的土壤改良剂大多是作用时间短、效 果不稳定，难于切断食物链污染等缺陷；而一些物理化学措施投资成本高，而且 对土壤自然属性有强烈的破坏作用；生物净化也因缺乏理想的净化植物或超积累 植物而未能在实际中应用n 引引。因此，在如何治理土壤镉污染、消除镉污染危害 的同时，对不同作物种对镉的生理生化反应及耐性机理的研究具有十分重要的理 论意义，对农产品镉污染的预警和监测，防止农产品镉污染超标等方面具有十分 重要的现实意义。 f l 镉处理对花生品质、生理机制和金属硫蛋白i i 型基因表达的影响 i 1 1 2 国内外研究进展 1 2 1 植物对镉的吸收与分布 土壤中溶解的镉可通过质外体或共质体途径进入根系，然后运输到植物体各 部位n 钔。由于c d 是植物非必需元素，一般认为植物没有特定的c d 吸收机制，与 其他植物非必需元素一样，它是通过植物必需元素的吸收系统进入根细胞中。有 研究表明，c d 2 + 可能是通过c a 2 + 通道进入根细胞或通过质膜上的k 、m g 、f e 、m n 、 o ： c u 、z n 和n i 等的转运体进入细胞n 引。 。+ 土壤中c d 浓度及其生物有效性是影响植物c d 吸收的主要因子。在一定浓度 范围内，大部分植物对c d 的吸收随着土壤中c d 浓度的升高而增加，植物体内 c d 浓度也与土壤中有效c d 浓度呈显著正相关。植物除了由根系从土壤中吸收镉 外，还可通过叶片从大气中吸收镉。据一些国家测定得出，植物中的镉约有3 0 6 0 来自大气，4 0 7 0 来自土壤，当然这些与土壤、地区以及植物种类有关。一 般情况下，镉在植物体内的分布是：根 茎 叶 籽实。如水稻体内镉的分布是，根 ： 系：茎叶：糙米约为8 0 ：5 ：1 ；大豆根、叶、籽粒中镉的含量比为3 2 1 ：1 6 9 ：1 0 1 ；。 j 菠菜茎叶与根中镉含量之比为1 ：1 7 1 ，黄瓜为l ：1 8 1 ；但也有研究在紫色土上研 二 究锌、镉在莴苣体内的分布为：叶 根 茎，说明植株锌、镉和植物生长素存在平。 ? ； 衡关系，叶部生长素含量处于莴苣之首，成为富集锌、镉的部位2 蝴1 。 由于不同植物镉分布部位的差异，因此评估镉的危害及其制订环境标准时， 更应注意其可食部分中镉的残留。 1 2 2 镉处理对作物品质的影响 镉对作物品质的影响，一方面体现在籽粒的营养品质，如淀粉、蛋白质、脂 肪、氨基酸等营养成分含量的变化；另一方面，体现在籽粒的卫生品质，主要是 。籽粒中c d 的含量和不同营养成分中的含量。由于品种间的差异，各类作物籽粒 品质受c d 影响存在一定差别一1 。如水稻，c d 能够使糙米中粗蛋白、粗淀粉、赖 氨酸、直链淀粉等含量显著减少，从而降低糙米的营养价值；糙米的支链淀粉含 ：量与土壤中c d 的添加量呈显著正相关；c d 还有降低直总比值，提高糙米还原糖 的含量的效应。曹莹等研究了铅和c d 胁迫对玉米籽粒品质的影响，结果表明了， 髓着土壤c d 浓度的增加，玉米籽粒中的蛋白质和脂肪含量均呈先升高后降低的趋 势。郭天财等研究了c u 、c d 胁迫对冬小麦籽粒淀粉含量和糊状特性影响，指出 2 镉处理对花生品质、生理机制和金属硫蛋白u 型基因表达的影响 c d 胁迫可降低籽粒中支链淀粉含量，进而降低总淀粉含量，且表现为随c d 浓度 的增加总淀粉含量降幅变大；c d 胁迫对淀粉糊化特性的影响表现为随浓度的增 大，各性状值先增加后降低的变化特点，而c d 胁迫对小麦籽粒产量、籽粒蛋白 质产量和含量的影响均表现为随浓度增加而下降的趋势。何勇强1 等研究j c d 胁迫下大豆植株c d 的分布状况及其籽粒的品质；结果表明，在培养液c d 浓度为o 5 i lm o l l 的条件下，大豆产量明显降低，大豆籽粒中粗蛋白和粗脂肪含量受影响 较小，同时表明大豆籽粒中的c d 主要存在于粗蛋白和淀粉中，而油分中c d 含量 甚微。王珊珊等人也研究了镉污染花生品质，其结果与何勇强等研究结果一致m 1 。 1 2 3 镉对植物生理机制的影响 +。 1 2 3 2 镉对植物种子萌发和幼苗生长的影响 镉是植物非必需元素，低浓度的镉具有促进植物生长的作用，但当环境中的 镉含量超过一定浓度，作物生长即会受到影响，产量严重下降，且不同作物种对 镉的反应不一致。据研究报道，当cd _ 2 + 浓度为5 m g l 时，对绿豆种子萌发有积极 刺激作用? ，而当c d 2 + 浓度增大到3 0 m g l 以上时，绿豆种子的萌发率则随c d z + 浓度的增大而减小，当c d 2 + 浓度增大到l o o m g l 时，绿豆种子发芽率明显减少， c d 2 + 对绿豆萌发表现为明显的抑制作用【3 2 】；玉米受到镉胁迫后，生长迟缓，叶尖 黄褐，根尖膨胀发黑，继而腐烂，浓度越高，症状越早【3 3 】；菜豆【3 4 1 对镉的敏感 性是玉米的1 0 - 1 5 倍，菜豆的生物量在根区含镉量为0 2 m g k g 时降低，而玉米 则在根区含镉量为3 m g k g 时降低。在3 0 p m o l l 镉处理水平下，菜豆的生长到受 到严重抑制，主要表现为株高、主根长下降，叶面积、叶、茎、根的鲜重、干重 均降低，且随镉处理时间的延长，伤害加重；花生种子发芽率随c d 寸处理水平 的升高呈下降趋势，当对照组发芽率为9 3 3 3 时，1 o m m o f l c d 2 + 处理的花生发 芽率仅为5 8 6 7 ，因此，c d 2 + x 寸花生发芽率的影响与c d 2 + 浓度有关，c d 2 + 浓度 增加，花生幼苗生长受到抑制，苗高随c d z + 胁迫强度的增加降低非常明显，可以 看出c d 2 + 对花生种子的萌发、苗高、根长、侧根数均有抑制作用，随着c d 2 + 浓 度的增加，其抑制作用更为明显，尤其是在高浓度胁迫时更为显著【3 5 】。 1 2 3 2 镉对植物体内抗氧化酶活性的影响 在正常情况下，植物细胞内活性氧的产生与清除处于一种动态平衡，不会引 起氧化伤害，但当植物受到逆境胁迫严重时，这种平衡遭到破坏，活性氧会大量 3 镉处理对花生品质、生理机制和金属硫蛋白h 型基因表达的影响 积累，当活性氧的产生和积累超过一定的阈值时，就会发生细胞膜脂质的氧化伤 害，甚至导致植物死亡。植物通过长期进化，已拥有完整的活性氧清除系统，其 中包括抗氧化酶系统，主要分为超氧化物歧化酶( s o d ) 、过氧化物酶( p o d ) 、 过氧化氢酶( c a t ) 、抗坏血酸过氧化物酶( a p x ) 和谷胱甘肽还原酶( g r ) 【3 6 j 。当 植物受镉污染后，不同植物和不同器官抗氧化系统表现出较大差异。例如，用镉 处理大豆1 3 7 1 ，c d 2 + 胁迫浓度在3 0 m g l i t r j ，活性栽培大豆的s o d 、c a t 达到最高， 5 0 m g l 时p o d 活性最高，随着c d 2 + 胁迫浓度的继续提高，3 种酶的活性呈逐渐降 低的趋势。c d 2 + 胁迫浓度在5 0m g l 的条件下，野生大豆的s o d 、c a t 活性达到 最高，随着c d 2 + 胁迫浓度的继续提高，两种酶的活性呈逐渐降低的趋势，在c d 2 + 浓度为0 一1 0 0 m g l 条件下，野生大豆p o d 活性随着c d 2 + 胁迫浓度的提高一直呈上 升趋势，在0 - - 5 0m g i , 范围内上升速度较快，在5 0 - - 1 0 0m g l 范围内上升速度较 缓。i a n n e l l i 【3 8 】等研究结果表明，以c d 2 + ( 5 0p m o l l ，2 1d ) 处理的芦苇与对照相比， 根、匍匐茎及叶中s o d 、a p x 、o r 和c a t 活性和g s h 含量都增加，其中根部 g s h 含量增加显著，且根部谷胱甘肽硫转移酶( g s t ) 活性也相应增强，抗氧化活 性的增强可能造成该植物对c d 2 + 的耐性。在水稻镉处理下中s o d 和p o d 的活。 性增强，对水稻抗c d 寸引起的氧化胁迫有重要作用。在低、高浓度c d 2 + 胁迫下0 植物分别表现出抗氧化活性增加和减少两种情况，说明抗氧化系统既具有解毒功 能，同时又是c d 2 + 植物毒性的作用位点。总之，镉污染可引起抗氧化酶活性变化， 但耐性植物在一定的镉浓度范围内，酶的活性得以维持或提高，超过这个范围， 它们的活性则仍要下降，说明抗氧化酶体系对膜系统的保护作用是有一定限度的 3 9 1 o 1 2 3 3 镉对植物光合作用的影响 镉进入植物体内，首先影响光合色素，使叶绿素含量下降，进而影响植物的 光合能力。叶绿素是植物光合作用中光、电转换的载体；叶绿素荧光参数f v f m 代表p s i i 原初光能转换效率。两者同时也是表征逆境胁迫下植物组织和器官的 损伤程度的重要指标。c d + 胁迫会降低植物叶绿素含量，损伤光合系统i 和i i ， 使植物光合速率降低【4 0 州。叶绿素含量的降低，主要是叶绿素合成受阻和叶绿素 降解加速。p a r a s a d 等【4 3 】研究表明，c d 可通过影响叶绿素酸酯还原酶的活性而抑 制叶绿素的合成，而c d 导致叶绿素降解的原因是它能诱导叶绿素酶活性的增 4 镉处理对花生品质、生理机制和金属硫蛋白l i 型基因表达的影响 加。在c d 胁迫下，5 种植物叶片的叶绿素含量均有不同程度下降，降幅为 2 6 3 6 7 6 4 3 ，降序为黄杨 冬青 海桐 香樟 杉木 4 2 1 。随着c d 2 + 处理浓度的增 大，草莓叶片叶绿素总量降低；叶绿素总量与c d 2 + 浓度之间呈显著负相关 ( y = 1 9 4 5 - 4 3 5 3 x 1 0 3 x , r = 0 9 2 3 ) 4 0 l 。而且c d 通过破坏叶片光合机构和抑制暗反 应的酶，使黄瓜叶片f v f m 下降，使得p s i i 受到了损伤 4 4 】。 1 2 3 4 镉对植物细胞膜影响 植物细胞膜系统是细胞和外界环境进行物质交换和信息交流的界面和屏障， 其稳定性是细胞进行正常生理功能的基础。植物在正常的生长条件下，体内活性 氧产生和清除处于平衡中，在逆境胁迫下植物细胞内活性氧自由基的代谢失衡， 引起自由基的积累和细胞膜脂质过氧化，使膜系统的结构和功能受到损伤，造成 细胞伤害。使得细胞膜透性增加。细胞膜脂质过氧化是膜上不饱和脂肪酸中所发 生的一系列活性氧化反应，其产物丙二醛( m d a ) 含量是反映膜脂过氧化程度的一 个重要指标0 植物受镉污染后，m d a 高度积累。有研究表明，植物幼苗中m d a 积累与培养液的镉浓度呈正相关，与幼苗生长呈负相关，在镉毒害植物的过程中， 过多的自由基引起细胞膜脂过氧化充当了重要角色【4 5 , 4 6 1 。细胞膜透性的增加与 细胞膜的结构和功能受到破坏有关，而这种破坏作用可能是由于镉直接与膜蛋白 的s h 结合或与磷酸乙醇胺和单分子层的磷脂线氨酸反应而引起，同时也与细胞 膜脂过氧化有显著正相关性【4 7 ，4 羽。 1 2 4 植物对重金属镉毒性的耐受作用 1 2 4 1 植物通过区域化响应重金属的毒害作用 植物根系的分泌物以及根系周围的植物微生物系统均能防御镉等重金属进 入植物根系，进入根系的镉首先被根部细胞壁及碳水化合物固定而束缚于果胶位 点。镉区域化已被认为是一种很有效的解毒途径，通过把c d 2 + 运输到代谢不活 跃的器官或者亚细胞区域从而达到解毒的目的【4 9 。5 2