【毕业学位论文】（Word原稿）苋菜超积累镉的生理机制研究植物营养学博士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 苋菜 超积累 镉的生理机制研究 in .) in .) I 摘 要 土壤 镉 污染对生态环境及人类健康所造成的潜在危害 已 引起日益广泛的关注。 植物修复 作为一种新兴、高效的绿色修复技术 是 镉污染 土壤治理 的重要手段 。 现有镉超积累植物 或由于生物量小而应用受限，或由于地域性强 ， 生长受 环境条件限制，发掘适合 当地 生态环境条件的 用于镉污染修复的 植物资源已成为各国竞相研究的热点。 苋菜 在我国的分布很广，品种资源丰富，生长快且生物量大，适于作为 植物 修复资源加以发掘。 本研究 在 筛选镉超积累 苋菜 品种 基础上 ，研究根系分泌有机酸 以及外加有机酸对 苋菜 镉吸 收 和积累 的 影响 ， 苋菜 根系 镉 吸收 和 运输 特性 以及相关分子 机 制 。 论文 取得的 主要 结果与 进展如下 ： 23 个苋菜品种 (.)中筛选 镉富集能力 强 的品种。结果显示，苋菜品种 天星米 在加镉水平 3 条件下，总吸镉量、地上部吸镉 量在所有供试品种中均最高，地上部镉 浓度 为 260 mg/采用 土壤 培养试验方法， 研究 镉污染 的赤红壤、黄棕壤 和 菜园土天星米 生长及 修复 效果 。结果表明，在土壤 度 25 mg/件下，其地上部镉 浓度 最大 ， 达到 212 mg/集系数最大为 上部净化率最大为 。各加镉水平 下天星米 总生物量 和 地上部生物量均未显著降低，具备了镉超积累植物的特征。 究低镉积累型苋菜紫背苋和高镉积累型苋菜天星米在镉胁迫下低分子量有机酸分泌特征及其与苋菜镉生物积累的关系。结果表明，随供镉浓 度增加，紫背苋根、茎和叶生物量显著降低，而天星米生物量未发生明显改变。不同 供镉浓度 条件下，苋菜分泌的有机酸总量表现为天星米远高于紫背苋，有机酸含量均表现为柠檬酸 苹果酸 乙酸 丙酸 丁酸，且以柠檬酸和苹果酸为主。两品种各有机酸数量占有机酸总量的比例基本一致。随供镉浓度增加，两个苋菜品种根分泌的各有机酸量增加，各有机酸分泌量的增幅均表现为天星米大大高于紫背苋，植株根、茎和叶镉 浓度 与积累量也相应表现为天星米大大高于紫背苋。苋菜镉的生物积累与有机酸种类没有特异性关系，但与有机酸的总量有关。镉胁迫诱导根系分泌有机酸 的数量，在引起两品种对镉吸收的差异方面起重要作用。 3. 采用 盆栽试验及土壤培养等 方法，研究添加苹果酸 、 柠檬酸对赤红壤和 黄棕壤中镉的形态转化以及苋菜天星米镉生物积累的影响。结果表明， 与 5mg/理比较， 5mg/果酸、 5mg/檬酸处理对苋菜生物量未产生影响，但显著增加苋菜根系及地上部镉含量；添加苹果酸以及柠檬酸处理显著降低土壤专性吸附态 量，却显著增加了交换态 酸盐结合态 有机结合态 量。说明添加苹果酸以及柠檬酸 能够通过影响土壤镉形态转化而促进苋菜 对镉的积累。 4. 采用 109踪方法 ，研究 收动力学 特征以及缺 铁对 苋菜根系 收 和 运输的影响。 结果表明， 小于 13 下，根系 吸收动力学 符合 和动力学模型 ； 大于 13 下，根系 收 线性增加 。 加铁和缺铁条件下 根系 收 和 ， 最大吸收速率 别 为 45 和 130 g (h， 说明 苋菜根系 收受 缺铁 诱导而增强 。研究还发现， 从形态学 上 完整的根细胞壁只观察到线性吸收 现象 ， 通道抑制剂 够部分抑制饱和及线性吸收过程，代谢抑制剂 抑制饱和吸收过程 ，说明 线性吸收反映 了 合在根细胞壁的 过程 ，而饱和吸收 指示了 跨根细胞原生质膜的 主动 运输 过程 。 . 采 用 端快速扩增的方法（ ， 从 超积累 苋菜 品种 分离到一个 因，其长度为 662列比对及系统进化树分析表明：苋菜 因部分序列编码的蛋白与其它 源性（ ，并且与拟南芥锌转运蛋白和拟南芥铁转运蛋白聚 类在一起。生物信息学分析表明：苋菜 因 编码蛋白含有 3 个跨膜结构域， 具有金属转运蛋白 交试验表明，苋菜 因的表达受环境缺铁胁迫所诱导 。 本试验 结果 初步证明了从苋菜中分离的 因 是 族 的一员，缺铁诱导该基因表达增强， 其调控苋菜镉的吸收。 关键词： 苋菜， 镉 ， 超积累，低分子量有机酸 ， 镉 吸收， 因 he of to as a of an up in of or .) is be as In on of in of d in of in as 1. To Cd 3 to d by d 3 , in of 60 mg/to of d , 10 5 mg/to In d 25 mg/in of 12 mg/, d is a d be to be in d 2. To in of a d we of .)， a d a d , 1 .5 ) wk of d In in in of of d IV in to be Cd in d Cd in to in in d an d by d of 3. to of on d in as d in a d d 25mg/kg 5mg/ no on in d in of of d, d d d to d in 4. to 09e in of It 09be by a be a 0) a 13 ) d .0 of 5 30 g (h of in of be in of a 09Cd by in of 5. A a 62bp by a a be a of IP be e d is by in V 录 第一章 绪论 . 1 土壤镉污染的成因 . 2 壤中镉的分布及形态 . 2 壤中镉污染的来源 . 2 土壤对镉的吸附与解吸特性 . 3 壤镉吸附的特点 . 3 响土壤镉吸附与解吸的因子 . 3 镉在植物体内的分布与限量标准 . 5 在植物体内的分布及对植物生长的影响 . 5 同植物镉的累积差异 . 5 的限量标准 . 5 治理镉污染土壤的工程与农艺措施 . 6 理化学治理的工程措施 . 6 用改良剂的农艺措施 . 6 镉污染土壤的植物修复技术 . 7 污染土壤植物修复的方法 . 7 超积累植物的特点 . 7 超积累植物的应用 . 8 物对镉的吸收和运输生理特性 . 8 系分泌物对镉吸收的影响 . 9 物螯合肽（ 金属硫蛋白（ 作用 . 9 物对镉的吸收运输机制 . 10 物镉吸收的分子机理 . 11 文研究契机和技术路线 . 14 究契机 . 14 术路线 . 14 第二章 镉超积累苋菜品种的筛选 . 15 言 . 15 料与方法 . 15 试材料 . 15 液培养试验 . 15 壤培养试验 . 17 定方法 . 17 据处理 . 17 果与分析 . 18 镉超积累苋菜品种的筛选 . 18 镉超积累苋菜对镉污染土壤的修复潜力 . 20 讨论 . 25 结 . 25 第三章 苋菜根际低分子量有机酸与镉吸收的关系 . 27 言 . 27 料与方法 . 27 材培养 . 27 验设计 . 27 定方法 . 28 据处理 . 28 果与分析 . 28 菜生物量 . 28 植株镉浓度与镉累积量 . 错误 !未定义书签。 际低分子量有机酸组成 . 30 菜根际苹果酸和柠檬酸分泌量与镉生物积累的关系 . 32 论 . 33 际低分子量有机酸对苋菜镉生物积累的影响 . 33 加镉对苋菜根际低分子量有机酸分泌具有诱导作用 . 34 结 . 34 第四章 添加有机酸对土壤镉形态转化及苋菜镉积累的影响 . 35 言 . 35 料与方法 . 35 试土壤 . 35 壤培养试验 . 35 验室培养试验 . 36 定方法 . 36 数据处理 . 36 果与分析 . 37 株生物量 . 37 植株镉浓度和镉累积 量 . 37 镉生物富集系数与净化率 . 39 土壤镉形态变化 . 39 论 . 40 结 . 41 第五章 苋菜根系 吸收特性 . 43 言 . 43 料与方法 . 43 材培养 . 43 验设计 . 44 定方法 . 45 果与分析 . 45 系吸收 间动力学特征 . 45 系吸收 度动力学特征 . 47 胞壁吸收 度动力学特征 . 48 通道抑制剂对根系吸收 力学特征的影响 . 48 谢抑制剂对根系吸收 力学特征的影响 . 50 铁对苋菜镉吸收的影响 . 51 论 . 52 结 . 52 第六章 苋菜 因克隆与表达特征 . 54 言 . 54 料与方法 . 54 材培养 . 54 菜根系总 提取方法 . 54 菜铁转运蛋白 因的克隆 .