重金属镉胁迫对睡莲生理生态效应的研究

【摘要】睡莲(NymphaeatetragonaGeorgi),又名子午莲,为睡莲科睡莲属多年生宿根性水生植物,观赏价值高,抗性较强,具有分布广、生长量大、自行繁殖能力强、对水质和土壤要求不严的特点,能兼顾水体污染修复和景观改造,具有很大的应用前景。本研究以睡莲品种‘玛珊姑娘’(Nymphaeatetragona’Masaniello’)为材料,研究了不同浓度Cd胁迫对睡莲生长、光合作用、抗氧化系统、Cd在植株各器官的累积分布的影响以及外源水杨酸(SA)对睡莲Cd毒害的缓解作用。主要研究结果如下：1.不同浓度Cd胁迫对睡莲生理生化特性的影响研究了不同浓度Cd胁迫条件下,睡莲叶片各项生理指标(MDA含量、相对电导率、抗氧化酶活性、游离脯氨酸含量、GSH、NPT、PCs含量等)的变化,结果显示Cd胁迫对睡莲造成了不同程度的伤害,使其膜质发生过氧化作用,导致叶片MDA含量增加,相对电导率上升。在200mgL-1Cd处理9天后,MDA含量达到对照组的2.7倍,相对电导率约为对照的2倍。同时,睡莲叶片叶绿素含量下降,叶绿素a,b及总叶绿素含量在200mgL-1Cd处理下均达到最低值,相比对照组分别下降33%,40%和36%。与对照组相比,低浓度的Cd(50和100mgL-1)处理可以显著提升睡莲叶片SOD和POD的活性(P<0.05);而在高浓度Cd处理下(150和200mgL-1),SOD和POD的活性又有所下降。SOD活性在100mgL-’Cd处理5天后达到最大值,相比对照增加了32.2%;而POD活性最大值出现在150mgL-1Cd处理1天后,相比对照增加了52.9%。在不同浓度Cd胁迫下,睡莲叶片脯氨酸积累量会显著上升(P<0.05),而且随着处理浓度和处理时间的递增,这种趋势会进一步增加。同时,Cd胁迫还能增加叶片NPT、GSH、PCs的含量,这些化合物可以通过络合Cd离子而有效减轻植株的Cd毒害。2.Cd胁迫对睡莲叶片超微结构的影响150mgL-1Cd胁迫下,睡莲叶片的超微结构相比对照发生显著变化。Cd胁迫处理后的睡莲叶绿体损伤明显：膜结构遭到破坏,类囊体层次不清晰,垛叠混乱扭曲,淀粉粒数量减少,嗜锇体明显增多。相对叶绿体而言,线粒体和细胞核对Cd胁迫的耐受性较强,二者结构并没有出现明显损伤。3.睡莲各器官对Cd的吸收累积情况睡莲各器官可以累积大量的Cd,而且各器官对Cd的累积情况相差较大,从累积总量来看,根>叶片>叶柄>根状茎。地下部(根和根状茎)虽然累积的Cd较多,但是地上部分(叶柄和叶片)的累积量也可高达1000μgg-1DW以上。150mgL-1Cd处理下,Cd在根中的累积达到最大值2842.5μgg-1DW;叶片中累积最大值为1131.6μgg-1DW。通过透射电镜超微结构观察发现,Cd主要沉积于睡莲根尖细胞的细胞内壁和细胞间隙的相邻细胞壁表面。这种区域化作用把Cd固定在细胞特定的部位,以减少Cd对细胞的毒害。4.外源水杨酸(SA)对睡莲Cd毒害的缓解作用研究了Cd胁迫下水杨酸(SA)预处理对睡莲叶片膜质过氧化、叶绿素含量、抗氧化系统以及Cd的吸收累积等情况的影响。结果表明,SA预处理使Cd胁迫下睡莲叶片丙二醛(MDA)、脯氨酸含量下降；叶绿素、谷胱甘肽(GSH)、非蛋白巯基(NPT)、植物络合素(PCs)含量上升；抗氧化酶类(SOD、POD、APX)活性增强。与此同时,SA预处理还可以减少睡莲各器官对Cd的吸收累积量。研究表明,外源SA预处理可以有效缓解重金属Cd对睡莲的毒害作用。
【作者】杨英豪；
【导师】刘兆磊；
【作者基本信息】南京农业大学，园林植物与观赏园艺，2013，硕士
【关键词】镉；睡莲；抗氧化系统；超微结构；吸收累积；水杨酸；

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