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苄嘧磺隆与镉复合污染对水稻的毒害机理研究

作　者: 吴庆钰
导　师: 杨俊诚
学　校: 中国农业科学院
专　业: 生物物理学
关键词: 镉苄嘧磺隆水稻分子毒理
分类号: S435.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

针对磺酰脲类除草剂的广泛使用和重金属元素的不断释放及大面积污染,我国稻田土壤环境正在遭受苄嘧磺隆（Bensulfuron-methyl, BSM）和重金属Cd的复合污染威胁的现状,以及目前关于BSM和Cd对水稻植株的复合污染毒理学机制尚不清楚的突出问题,本研究以粤香占水稻和丰美占水稻为指示植物,从植株个体水平、细胞水平以及分子水平阐述BSM与Cd的复合污染对水稻植株的毒理学机制,不仅丰富和发展环境污染毒理学理论,而且能够为控制污染、制定国家环境质量标准等方面提供重要科学依据。植株个体水平上的研究结果表明:随Cd²⁺浓度的增加,水稻生物量、叶绿素含量下降,过氧化氢酶活性降低,根系外渗液电导率升高,各处理间差异达极显著（p<0.01）。粤香占水稻对Cd的耐受性要显著低于丰美占水稻（p<0.05）。0.1 mg·L^-1和0.2 mg·L^-1的BSM在一定程度上能够缓解Cd对丰美占水稻的毒害作用,但是当BSM浓度达到0.6 mg·L^-1以上时,水稻的生物量、叶绿素含量、过氧化氢酶活性又有所下降,BSM对根系外渗液电导率的影响未达显著。用ICP测定水稻地上部和根部Cd含量,分析结果表明,水稻地上部Cd的浓度远低于根部Cd的浓度,后者是前者的6倍左右。在本实验条件下,当Cd浓度为50 mg·L^-1和300 mg·L^-1时,0.1-0.2 mg·L^-1的BSM会显著降低水稻地上部和根部Cd含量（p<0.01）。而BSM浓度大于0.4 mg·L^-1时,水稻根部中Cd含量显著上升（p<0.05）,地上部Cd含量无显著差异,这说明,高浓度BSM能够促进水稻根部对Cd的吸收但却抑制了Cd从根部向地上部的迁移。由此可知,BSM在低浓度0.1-0.2 mg·L^-1时,能够缓解Cd对水稻的毒害作用;当BSM浓度达到0.6 mg·L^-1,并与Cd²⁺共存时会对水稻植株产生更严重的影响。利用扫描电镜与透射电镜在细胞水平上的研究结果表明:BSM和Cd复合污染能够破坏水稻根尖的细胞结构,使表皮细胞破裂,核仁解体。由于受外界环境胁迫,水稻细胞内积聚了大量的酚类物质。并且在细胞壁的边缘以及内部沉积了一些未知物质,作者推测这有可能是BSM的降解产物与Cd形成的配合物。未加处理的水稻表皮细胞光滑无破损现象,但受BSM、Cd复合污染的水稻的表皮细胞有很多已经被破坏,表面粗糙。利用彗星实验、RAPD技术以及RT-PCR技术在分子水平上研究结果表明:Cd对水稻有很强的基因毒性,能够破坏水稻基因组从而改变单细胞凝胶电泳图像以及RAPD图谱。BSM对水稻基因组也有一定损伤,但BSM在一定浓度范围内能够缓解Cd对水稻基因组的损伤。OsMRP3在Cd和BSM单独存在时,在RNA水平上的表达量都没有显著上调,但当Cd与BSM共存时,OsMRP3的表达量显著提高。综合以上研究可知,BSM与Cd复合污染能够在植株个体、细胞以及分子水平上对水稻植株产生毒害作用,BSM在低浓度0.1-0.2 mg·L^-1时,能够缓解Cd对水稻的毒害作用;当BSM浓度达到0.6 mg·L^-1,并并与Cd²⁺共存时会对水稻植株产生更严重的影响。OsMRP3只在BSM与Cd共存时表达量才有所上调。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-20
  1.1 研究的目的和意义  11-12
    1.1.1 苄嘧磺隆污染的现状  11
    1.1.2 镉污染的现状  11-12
    1.1.3 研究苄嘧磺隆与镉复合污染的必要性  12
  1.2 镉的研究进展  12-17
    1.2.1 镉在植物体内的吸收与转运  12-13
    1.2.2 镉对植物毒害的作用机制  13-15
    1.2.3 植物对镉毒害的应答  15-17
  1.3 苄嘧磺隆的研究进展  17-18
  1.4 镉与苄嘧磺隆复合污染对植物的毒理学效应  18-19
  1.5 本研究学术思路  19-20
第二章 BSM 与Cd 复合污染对水稻生理生化指标及细胞超微结构的影响  20-32
  2.1 材料与方法  20-22
    2.1.1 植株材料及培养  20
    2.1.2 试剂  20
    2.1.3 处理设计及取样  20-21
    2.1.4 实验方法  21-22
  2.2 结果与分析  22-31
    2.2.1 Cd 与BSM 复合污染对水稻生物量的影响  22-25
    2.2.2 Cd 与BSM 复合污染对水稻叶片叶绿素含量的影响  25
    2.2.3 Cd 与BSM 复合污染对水稻过氧化氢酶活性的影响  25-27
    2.2.4 Cd 与BSM 复合污染对水稻吸收Cd 的影响  27-28
    2.2.5 Cd 与BSM 复合污染对水稻根系外渗液电导率的影响  28-29
    2.2.6 Cd 与BSM 复合污染对水稻细胞超微结构的影响  29-31
  2.3 小结  31-32
第三章 Cd 与BSM 复合污染对水稻的分子毒理学机制  32-42
  3.1 材料与方法  32-35
    3.1.1 植物材料与培养  32-33
    3.1.2 试剂  33
    3.1.3 处理设计及取样  33-34
    3.1.4 实验方法  34-35
  3.2 结果与分析  35-41
    3.2.1 BSM 与Cd 复合污染对水稻彗星图像的影响  35-36
    3.2.2 BSM 与Cd 复合污染对水稻RAPD 图谱的影响  36-41
  3.3 小结  41-42
第四章水稻对BSM 与Cd 复合污染的基因应答机制  42-53
  4.1 材料与方法  43-45
    4.1.1 植株材料与培养  43
    4.1.2 试剂  43
    4.1.3 处理设计及取样  43
    4.1.4 实验方法  43-45
  4.2 结果与分析  45-52
    4.2.1 OsMRP3 的生物信息学分析  45-51
    4.2.2 OsMRP3 表达量的分析  51-52
  4.3 小结  52-53
第五章结论与讨论  53-55
参考文献  55-62
致谢  62-63
作者简历  63

苄嘧磺隆与镉复合污染对水稻的毒害机理研究

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