丛枝菌根共生体系中砷的吸收和形态转化及与宿主抗砷毒的关系

【摘要】丛枝菌根真菌(arbuscularmycorrhizalfungi,AMF)与植物形成的的菌根共生体(arbuscularmycorrhiza,AM)能够促进植物对矿质元素吸收,提高植物抗逆抗病能力,对维持陆生生态系统的稳定和多样性有着重要的作用。砷是重要的污染元素,但目前对丛枝菌根共生体系中砷的迁移转化尚缺乏系统的了解,对其与宿主抗砷毒的关系也不清楚。本研究选择摩西球囊霉(Glomusmosseae)及非耐砷植物植物紫云英(AstragalussinicusLinn)和砷超积累植物蜈蚣草(PterisvittataL.)两种典型菌根植物为研究对象,建立AM-紫云英和AM-蜈蚣草共生体系,研究AMF对植物在受到As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫时抗砷能力以及对植物不同部位和细胞组分中砷的吸收、形态转化和迁移中的影响。主要研究结果如下：1.采用水培实验研究了不同价态砷胁迫下AMF对紫云英和蜈蚣草生物量和抗氧化酶活性影响。结果表明,本实验条件下砷胁迫降低紫云英和蜈蚣草的生物量,但提高紫云英和蜈蚣草抗氧化系统SOD、CAT和POD酶的活性以及GSH和MDA含量。接种菌根提高紫云英和蜈蚣草生物量,但是对抗氧化酶的活性以及GSH和MDA含量没有明显影响,对砷胁迫下生物量的影响也不显著。2.收集测定了水培条件下紫云英/蜈蚣草及其AM共生体系在砷胁迫下根系分泌物中的有机酸种类和含量。实验结果表明,紫云英的有机酸组成成分主要为草酸,其次为甲酸和苹果酸,蜈蚣草则主要有草酸和乙酸,其次为苹果酸和琥珀酸；As胁迫下,紫云英草酸增加3倍,As(Ⅲ)胁迫增加苹果酸和甲酸分泌而As(Ⅴ)胁迫减少苹果酸分泌；As(Ⅴ)胁迫促进蜈蚣草草酸分泌,而无论As(Ⅲ)还是As(Ⅴ)胁迫都增加其余三种有机酸分泌；紫云英接种菌根使得As(Ⅲ)处理下草酸分泌更多,而蜈蚣草接种菌根减少As(Ⅴ)胁迫下草酸、苹果酸和乙酸分泌,在As(Ⅲ)作用下是乙酸和琥珀酸减少。3.在水培条件下,研究比较了紫云英和蜈蚣草及其AM体系对不同价态砷的吸收和迁移的特点。研究结果表明,蜈蚣草对As(Ⅲ)吸收和转移效率比As(Ⅴ)高,As(Ⅲ)为As在蜈蚣草中的主要贮存形态；接种菌根提高蜈蚣草向地上部分转移砷的效率,但减少了紫云英对As(Ⅴ)地上部的转运。4.比较研究了不同价态砷胁迫条件影响下,AMF-紫云英/蜈蚣草共生体系不同细胞成分中砷浓度和形态的分布。结果表明,蜈蚣草和紫云英亚细胞组分中砷的分布比例从高到低依次为细胞液、细胞壁和细胞器。具体地,在紫云英中,地上部主要表现为As(Ⅲ)胁迫下细胞壁和As(Ⅴ)胁迫下细胞器占有比例增加；地下部则是As(Ⅲ)胁迫下细胞器砷比例增加和As(Ⅴ)胁迫下细胞壁中砷降低、细胞液中增加。在蜈蚣草中砷的分布变化主要在细胞壁和细胞器,羽叶中细胞壁对砷的占有大幅增加,但其细胞器在As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫下分别下降和上升；砷胁迫下假茎细胞壁中砷的比例增加但细胞器中是减少的；在根系中细胞壁变化不显著,细胞器则在As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫下分别降低和升高。菌根对紫云英亚细胞组分中砷的分布比例没有显著影响,但减少了蜈蚣草根系细胞壁和细胞器中砷的相对含量。其次,紫云英地上部细胞壁中As(Ⅲ)增加,同时As(Ⅴ)暴露下的地下部各亚细胞组分中As(Ⅲ)也是减少的。蜈蚣草亚细胞组分中砷形态分布比例变化最大的是羽叶。羽叶细胞液和细胞器中的As(Ⅲ)逐步减少,同时减少的还有As(Ⅲ)处理下的羽叶细胞壁；As(Ⅲ)胁迫下假茎的细胞壁和细胞器的As(Ⅲ)也有所减少；其根系细胞器的As(Ⅲ)也明显降低,而As(Ⅴ)胁迫下根系细胞壁中As(Ⅲ)是升高的。此外,菌根的接种对这两种植物各部位亚细胞成分中砷形态的最终分布规律都没有明显的作用。5.对AMF-蜈蚣草共生体系在砷胁迫下的DNA做了琼脂糖凝胶电泳测试。结果表明,在课题设计的实验条件下,蜈蚣草DNA并没有发生明显的DNA断裂,其生理活动依然能够正常进行。
【作者】刘逸竹；
【导师】涂书新；
【作者基本信息】华中农业大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】砷；丛枝菌根真菌；蜈蚣草；紫云英；微生态过程；形态；分布；

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