Ca对秋茄Cd耐受性影响的研究

【摘要】目前,红树林湿地面临越来越严重的重金属污染,红树林湿地重金属污染的修复近年来成为研究热点,然而红树植物对重金属的耐性机制及其影响因素仍然没有得到全面揭示。红树植物受到海水的周期性浸淹,海水中的主要元素Ca对其影响重大。已有研究证明Ca能提高植物对重金属的耐受作用,而对于Ca在红树植物重金属耐性中的作用及其机制的研究鲜见报道。本文从学术思想上提出Ca可能是影响红树植物在高污染环境耐受重金属的重要因素之一。本文以红树植物秋茄为研究材料,采用Hoagland营养液培养,实验采用完全随机设计设9个处理,Cd浓度为0、0.5、5.0mgL-1三个水平；Ca浓度为0、400、800mgL-1三个水平,探讨Ca对Cd胁迫下的红树植物秋茄的影响,结果表明：1.Cd胁迫下,秋茄幼苗叶片的净光合速率、气孔导度、细胞间隙C02浓度和蒸腾速率随着Cd浓度的增加而降低。同一Cd处理水平下,加Ca处理组与未加Ca处理组相比,秋茄幼苗叶片的净光合速率、气孔导度、细胞间隙C02浓度和蒸腾速率都有不同程度的升高。施加一定浓度Ca(400mgL-1)处理组的秋茄幼苗叶片光合指标为最大值。当Ca浓度达到800mgL-1时,秋茄的光合指标降低。表明Cd对秋茄幼苗叶片的光合作用有毒害,外源Ca能缓解Cd对秋茄叶片光合作用的胁迫。2.秋茄幼苗在重金属Cd胁迫的下,叶绿素含量,根系活力均受到显著影响,叶片丙二醛(MDA)含量上升,可溶性糖含量升高,单宁含量升高。外源Ca(400mgL-1)可缓解Cd对秋茄幼苗的生理伤害,提高叶绿素含量,增强根系活力,降低MDA含量,减轻Cd胁迫下秋茄叶片膜脂过氧化,提高秋茄幼苗对Cd的耐受能力,但是高浓度的Ca会对秋茄幼苗产生生理胁迫。结果说明低浓度外源Ca能有效缓解重金属对植物的胁迫作用。3.秋茄幼苗各营养器官(根、茎、叶)Cd含量随着Cd处理浓度的升高而增加,各器官积累Cd浓度：根>茎>叶。相同浓度Cd胁迫下,根中Cd含量远大于茎和叶,表明重金属Cd不易向地上部转运,根成为秋茄幼苗积累Cd的主要器官。同一Cd处理组,加Ca处理,不同程度降低了秋茄幼苗各器官Cd积累量,且随着Ca浓度的升高幼苗各器官Cd吸收积累量逐渐降低。同一Ca处理水平下,Cd处理降低了秋茄幼苗各器官中Ca的含量,且随着Cd浓度提高秋茄幼苗各器官中Ca的含量逐渐降低,秋茄各器官积累Ca浓度：叶>茎>根。4.红树叶片具有适应周期性潮水淹没等海滨湿地特殊生境的结构特征,如厚的、蜡质、薄层状的叶片角质层,可以降低因蒸腾作用而丧失的水分。Cd胁迫下,秋茄幼苗叶片的栅栏组织所占的比例增加,栅栏组织排列更加紧密,降低了叶片组织中的细胞间隙度,增强了水分疏导的安全性。在一定的Cd浓度范围内,秋茄幼苗叶片厚度随Cd处理浓度的上升而增加,而高浓度的Cd(5mgL-1)降低了叶片的厚度。随着Cd处理浓度的升高,海绵组织厚度的变化没有呈现规律的变化,显示出一定的波动性。叶片上下表皮角质层的厚度和相对厚度(角质层与叶片厚度的比值),随Cd处理浓度的增加而增加。施加Ca在一定程度上缓解了秋茄叶片重金属胁迫形成的解剖结构的“旱生化”,然而在解剖结构层面上的变化差异不显著。5.透射电镜观察表明：Cd对秋茄幼苗叶片细胞叶绿体、线粒体和细胞核等主要细胞器的毒害程度不同,而施加外源Ca缓解Cd对细胞器的破坏的能力也不同。细胞器对Cd的耐受能力由强到弱依次是：线粒体、叶绿体、细胞核。Ca对Cd引起的细胞器结构的损伤破坏有一定的保护和缓解作用,尤其是对Cd胁迫下的细胞核和叶绿体有很强的修复功能。6.秋茄叶片细胞超微结构研究结果显示：对照组秋茄幼苗叶片细胞中,细胞结构完整,细胞壁和细胞膜边缘清晰光滑,细胞核双层膜结构清晰；线粒体膜结构完整清晰,峭突清晰可见；叶绿体数量多,呈长椭圆形,基质浓密,内含少量高电子密度的小球形脂质球。叶绿体膜结构清晰,基粒类囊体排列整齐紧密,与基质类囊体形成连续的膜系统。低浓度Cd(0.5mgL-1)处理时,细胞核核仁边缘模糊,核仁开始解体；线粒体则未见明显损伤；叶绿体数量明显减少,叶肉细胞中类囊体片层膨胀、扩张,叶绿体膨胀呈圆球形,外膜的内外层之间发生膨胀,类囊体肿胀,基粒类囊体排列紊乱。高浓度Cd(5.0mgL-1)处理时,细胞结构不规则,细胞壁、细胞膜边缘模糊,细胞核膜核仁消失,染色质出现凝缩;线粒体形状完整规则,但是开始膨胀,峭突减少,并有峭突溶解,有的线粒体成空泡状；叶绿体膨胀加剧,类囊体片层稀疏,囊内空泡化显著,类囊体片层溶解现象清晰可见,部分叶绿体膜结构模糊不清,甚至消失,肿胀的类囊体片层排列不规则,散布于细胞质中,部分类囊体片层溶解。施加适量浓度的Ca,可以保护细胞结构完整,核仁仍在或部分消失,可看到双层核膜；线粒体仍为圆球形,峭突成管状；叶绿体膜结构清晰,基粒完整,基粒类囊体松散,但排列较为规则。
【作者】赵素贞；
【导师】严重玲；
【作者基本信息】厦门大学，植物学，2014，硕士
【关键词】钙；秋茄；镉；超微结构；耐性机制；

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