超富集植物三叶鬼针草对镉和铜的赋存形态及螯合机理

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xndrz1985
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本研究通过营养液试验,分析了三叶鬼针草在不同镉、铜浓度下的傅立叶红外光谱(FTIR)、亚细胞分布、化学形态以及非蛋白巯基(NPT)含量,揭示了三叶鬼针草对镉的贮存形态及鳌合解毒机理,主要研究结果如下:  1.通过FTIR分析得出,在三叶鬼针草根系中,镉胁迫下,根部在3410cm-1、2924cm-1、1651cm-1、1385cm-1、1064cm-1处峰值均有上升趋势,而在铜胁迫下,除1385cm-1处的甲基(主要来源于含油脂化合物的组织中)有明显下降,其他各峰值均无明显变化。说明根部在镉胁迫下,能够分泌多种有机物来络合镉离子。茎部在镉胁迫下1385cm-1处峰值上升,而铜胁迫下则下降,说明含油脂化合物对镉的耐性可能起主要作用。在叶片中,各处的峰值都随镉、铜浓度变化而变化,说明在应对镉、铜胁迫下叶片可能通过合成多种有机物并调节各自的含量来应对重金属的胁迫作用。  2.通过差速离心法和化学试剂连续提取法分析了镉、铜在三叶鬼针草细胞内的分布和化学形态的情况。根部的镉主要分布在细胞可溶部分,大部分铜则主要分布在细胞壁;地上部的镉、铜主要分布在细胞壁,且镉有向细胞可溶部分转移,而铜则分布在重要细胞器中,说明地上部的镉大部分在细胞壁结合进而转移到细胞可溶部分中进行区隔化,而铜则对重要细胞器造成损害。因此细胞壁钝化和细胞区隔化可能是三叶鬼针草应对镉胁迫的耐性机制。  随着镉浓度的增加,根部活性较高的乙醇提取态分配比例减少,而活性较低的氯化钠提取态比例增加,而随着铜胁迫浓度的增加,根部乙醇和水提取态分配比例增大,而氯化钠提取态比例减少。地上部的镉主要以活性较低氯化钠和醋酸提取态为主;铜的乙醇提取态比例增加,而醋酸、盐酸提取态比例没有增加。说明化学形态的转化作用可能是三叶鬼针草应对镉胁迫的重要解毒机制之一。  3.添加BSO(植物络合素合成抑制剂)较单一镉胁迫时,三叶鬼针草根部和地上部生物量均显著下降(p<0.05),说明添加BSO降低三叶鬼针草对镉的耐性。添加BSO后三叶鬼针草根部的(NPT)含量下降,但镉处理间无显著差异(p<0.05),但未加入BSO时,NPT含量在增加。因此三叶鬼针草根部的植物络合素(PC)可能在镉胁迫中起主要鳌合解毒作用,而PC可能对铜胁迫并不起主要作用。  叶部在镉胁迫下NPT含量显著降低(p<0.05);在铜胁迫下,叶部NPT含量呈下降的趋势且各处理组间无显著差异(p<0.05)。添加BSO后,叶部NPT含量先下降后上升;而在低浓度铜(0.5mg/L)胁迫下,叶部NPT含量与对照组差异不显著,在高浓度(2mg/L)铜胁迫下,则显著下降。因此在三叶鬼针草叶片中,PC可能对镉、铜胁迫的鳌合解毒作用较小。
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