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细胞生物学 课程内容延伸 科研论文研读报告 汞 镉 铜污染对鱼草细胞膜系统的毒害作用 本文选自 应用生态学报 报告人 宋佳炜李玉梅报告时间 2009年6月17日 摘要 通过生理生化反应测定 激光共聚焦扫描显微镜及透射电镜观察等实验手段 研究了Hg Cd Cu对高等水生植物鱼草细胞膜系统的毒害作用 结果表明 在3种重金属离子作用下 鱼草叶细胞活性氧ROS与丙二醛MDA含量上升 保护酶系统活性紊乱 膜脂过氧化程度加剧 质膜受损 膜透性增加 质壁分离 叶绿体膨胀至解体 类囊体膜上的光合色素光激发过程受阻 平均自发荧光强度降低 线粒体嵴突膨胀 减少 膜破损 核膜破裂 Hg Cd Cu对鱼草细胞膜系统的影响存在着一定的剂量效应关系 膜系统的稳定性在植物抗重金属胁迫的过程中起着关键性的作用 本文以鱼草为材料 通过生理生化反应测定 激光共聚焦扫描显微镜及透射电镜观察等实验手段 研究了Hg Cd Cu对鱼草细胞膜系统的毒害作用 从膜系统和抗逆性关系的角度进一步探讨重金属污染机制 为环境管理与生物防治提供科学依据 材料和方法 鱼草 选取生长旺盛的植株水培在无底泥玻璃缸中 放入Forma3744培养箱内预平衡 1周后 于8 00分别移至培养箱内已加入浓度为0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 7和1 0mg LHgCl2 以纯Hg计 和0 1 1 0 5 0 10 25和50mg LCdCl2 以纯Cd计 及0 1 1 0 5 0 10 25和50mg LCuSO4 以纯Cu计 玻璃缸中 另取两缸作为对照去离子水 光暗周期为12h 12h 温度为25 从第2天开始每天8 00定时采样 选取植株倒数第3至第5枚叶片进行生理指标的测定和超微结构变化的观察 实验重复5次 实验结果取平均值 测定方法膜透性MDA含量ROS含量酶活性自发荧光强度超微结构 实验结果 重金属离子对鱼草叶片膜透性 ROS及MDA含量的影响重金属离子对鱼草叶片保护酶活性的影响重金属离子对鱼草叶片自发荧光强度的影响重金属离子对鱼草叶片膜系统超微结构的影响 1 重金属离子对鱼草叶片膜透性 ROS及MDA含量的影响 3种离子均使鱼草叶片膜透性 ROS及MDA含量增加 在3种重金属离子作用下 鱼草叶片ROS与MDA含量呈上升趋势 且和浓度大小及处理时间呈正相关 MDA含量积累略滞后于ROS 1mg LHg处理4d的MDA含量为对照的2 45倍 50mg LCd及50mg LCu处理4d时MDA含量分别是对照的1165和1187倍 2 重金属离子对鱼草叶片保护酶活性的影响 在Hg Cu作用下 鱼草叶片SOD活性先升后降 Hg处理的峰值在0 2mg L Cu处理的峰值在1mg L Cd处理的峰值在25mg L 鱼草叶片POD活性呈上升趋势 且和浓度大小呈正相关 在Hg作用下POD活性上升幅度最大 在Cd和Cu作用下 上升幅度相对较小 1mg LHg处理4d时为对照的2 22倍 50mg LCd及50mg LCu处理4d时 POD活性分别为对照的1 39和1 54倍 3 重金属离子对鱼草叶片自发荧光强度的影响 3种离子均使鱼草叶细胞自发荧光强度峰值变小 范围变窄 平均自发荧光强度降低 且与浓度大小呈负相关图3 鱼草自发荧光强度对重金属离子敏感 Hg处理对鱼草自发荧光能力破坏严重 0 5mg L浓度组处理2d时 鱼草叶细胞自发荧光强度仅为对照的22 5 1 0mg LHg处理2d时 几乎检测不到 Cd和Cu处理坏程度相对较轻 50mg LCd及50mg LCu处理2d时鱼草自发荧光强度分别为对照的34 2 29 5 4 重金属离子对鱼草叶片膜系统超微结构的影响 在3种离子作用下 鱼草细胞膜系统结构受到损伤 0 5mg LHg处理4d 叶绿体膨胀成圆形 叶绿体内基粒垛叠解体 讨 论 本研究表明 在3种重金属离子作用下 虽然鱼草体内的保护酶系统活性发生了应激性的提高 但是ROS含量的上升和MDA的积累说明其保护功能是有限的 尤其是在高浓度下更明显 ROS含量的升高引起膜脂过氧化反应 随着活性氧的累积 膜脂过氧化加剧 膜内不饱和脂肪酸过氧化 膜脂产生脱脂化作用 磷脂游离 破坏膜结构 膜脂过氧化的最终产物MDA 可与质膜内的氨基酸 蛋白质 不饱和脂肪酸等生物大分子发生反应 阻止新脂类的合成 损伤膜结构 说明重金属毒害的重要位点是其膜部分 保护酶系统既具有解毒功能 同时又是重金属植物毒性的作用位点 3种离子作用下 鱼草叶片膜透性增加 鱼草平均自发荧光强度降低 说明类囊体膜结构及光合色素的结合状态受到损伤 类囊体膜的有序性受到破坏 无法行使光能吸收 传递及转换功能 综上所述 重金属离子破坏细胞内活性氧代谢的平衡 引起膜脂过氧化 损伤膜结构 导致生理