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汞对水花生愈伤组织生理、超微结构及类囊体膜光化学活性的影响

作　者: 康宜宁
导　师: 施国新
学　校: 南京师范大学
专　业: 植物学
关键词: Hg2+ 水花生 愈伤组织 类囊体膜 光化学活性 叶绿素荧光参数
分类号: X173
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着杀虫剂滥用、工业废水排放及矿业的发展,水环境重金属污染研究日益引起生物界的重视。据国内外研究,Hg等重金属可导致植物氧化损伤、结构破坏、代谢紊乱、乃至死亡。但这些研究所采用的实验材料均为自然界生长植物,易受地域、季节限制,且关于光合系统损伤的报道相对较少。因此,本文以广泛分布的挺水植物-水花生为研究对象,以水花生诱导的致密型愈伤组织为实验材料,从生理及细胞水平多层次研究了Hg对植物的毒害效应及抗性机制。(1)水花生组织培养研究采用水花生茎节为外植体,灭菌后切割带节间的茎接种到MS+3%蔗糖+0.65%琼脂+0.1 mg.L-1 NAA+3 mg.L-1 6-BA培养基中诱导腋芽,2-4周后将腋芽发育的无菌幼苗基部切断,接种到MS+3%蔗糖+0.65%琼脂+2mg.L-1 NAA+0.1 mg.L-1 6-BA中进行生根诱导；同时,分别以野外水花生无节幼茎(1、2节)、无菌苗茎为外植体诱导愈伤组织,所用培养基为1/2MS+3%蔗糖+0.65%琼脂--NAA+6-BA(6-BA:NAA=3:0.2或3：0.1)。外植体所用灭菌方式均为84消毒液(1：100)浸泡10min,无菌水冲洗6遍,大型组培箱培养,3d后重复上述处理,共循环3次+70%C2H5OH 1 min,无菌水冲3遍+0.1% HgCl2(Tween-20) 10 min,无菌水冲洗6遍+5%NaClO5 min,无菌水冲6遍。(2)Hg对水花生愈伤组织生理生化指标、超微结构毒害效应结果表明：随着Hg2+施加浓度的增加,总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b、可溶性蛋白含量呈先升后降趋势,叶绿素a/b逐渐下降；超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性先升后降,而过氧化氢酶(CAT)活性呈逐渐下降趋势：同时,超氧阴离子(O2-·)产生速率、丙二醛(MDA)和过氧化氢(H2O2)含量均呈逐渐上升趋势；电镜扫描结果发现,Hg2+胁迫破坏了细胞膜系统,特别是对线粒体、叶绿体、细胞核造成严重不可逆的损伤,所观察到的核膜破裂方式主要是超量分泌膜泡。Hg2+对水花生愈伤组织的致死浓度范围为20-40μmol·L-1。(3)Hg对水花生愈伤组织类囊体膜光化学活性的毒害研究结果表明：随着Hg2+施加浓度的增加,愈伤组织类囊体光合膜总叶绿素、叶绿素a、膜蛋白含量呈持续下降趋势；叶绿素b、叶绿素a/b值、电子传递全链先升后降；室温荧光发射光谱发现,随着Hg2+施加浓度增加,630 nm处最大荧光发射峰先降后升；而680 nm处最大荧光发射峰呈持续下降趋势,Hg2+为5μmol·L-1时即降为肩峰,20μmol·L-1时荧光峰彻底消失；730 nm最大荧光峰在(0μmol·L-1-20μmol·L-1)Hg2+处理时无明显变化,40μmol·L-1时,荧光值消失;Hg2+对光系统Ⅱ(PSⅡ)的抑制作用比光系统Ⅰ(PSⅠ)强,虽天线色素含量在Hg2+胁迫下增加,但因PSⅡ反应中心捕光系统遭到破坏,天线色素捕获的光能并不能被PSⅡ有效利用：电镜扫描结果发现,Hg2+处理破坏了类囊体膜系统,基粒片层扭曲松散,最后解体。(4)Hg对水花生植物体叶绿素含量、荧光参数的影响结果表明：随着Hg2+施加浓度的增加,总叶绿素含量(ChI)先升后降,叶绿素a/b持续下降；叶绿素a荧光参数最大光化学效率(maximal photochemical efficiency: Fv/Fm)、光系统Ⅱ潜在活性(Fv/Fo)、光系统Ⅱ电子传递量子效率(quantum efficiency of photosystemⅡphotochemistry:ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(photochemical quenching:qP)呈下降→上升→下降趋势；非光化学猝灭系数(non-photochemical quenching:NPQ)先升后降,最后趋于稳定；水花生在(0μmol·L-1-20μmol·L-1)Hg2+胁迫范围内有较强抗性,但Hg2+施加浓度继续增加时,PSⅡ结构功能受损,严重时导致死亡。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第1章 前言与综述  10-17
  1.1 重金属及重金属水体污染概述  10-11
  1.2 重金属对植物的毒理学效应  11-15
    1.2.1 重金属对植物活性氧和抗氧化酶系统的影响  11-12
    1.2.2 重金属对植物有机溶质积累的影响  12
    1.2.3 重金属对植物细胞结构及遗传毒害的影响  12-13
    1.2.4 重金属对植物光合膜系统的毒害效应  13-15
      1.2.4.1 重金属对植物类囊体膜功能特性的影响  13-14
      1.2.4.2 重金属对叶绿体荧光效应的影响  14-15
  1.3 本论文的创新与特色  15-17
第2章 水花生愈伤组织的诱导和快速繁殖  17-24
  2.1 材料与方法(Materials and methods)  17-19
    2.1.1 实验材料与处理  17
    2.1.2 研究方法  17-19
      2.1.2.1 培养基及培养条件  17
      2.1.2.2 试剂与仪器  17-18
      2.1.2.3 不同灭菌方式比较  18
      2.1.2.4 不同激素比诱导愈伤组织比较  18
      2.1.2.5 不同外植体诱导愈伤组织比较  18
      2.1.2.6 不同外植体诱导不定芽的比较  18
      2.1.2.7 水花生生根培养基的选择  18
      2.1.2.8 水花生幼苗的壮苗培养基  18-19
  2.2 结果(Results)  19-22
    2.2.1 不同灭菌方式的比较  19
    2.2.2 不同激素比对水花生茎段诱导愈伤组织比较  19-20
    2.2.3 不同外植体诱导愈伤组织的比较  20-21
    2.2.4 水花生不同外植体生芽率的比较  21-22
    2.2.5 水花生最佳壮苗培养基选择  22
  2.3 讨论(Discussion)  22-24
第3章 汞对水花生愈伤组织生理及超微结构的毒性效应  24-33
  3.1 材料与方法(Materials and methods)  24-26
    3.1.1 实验材料与处理  24
    3.1.2 研究方法  24-26
      3.1.2.1 叶绿素提取及测定  24
      3.1.2.2 抗氧化酶活性测定  24-25
      3.1.2.3 ROS含量测定  25
      3.1.2.4 可溶性蛋白含量测定  25
      3.1.2.5 水花生愈伤组织超微结构观察  25-26
    3.1.3 数据处理与统计分析  26
  3.2 结果(Results)  26-31
    3.2.1 Hg~(2+)胁迫对水花生愈伤组织叶绿素含量的影响  26
    3.2.2 Hg~(2+)胁迫对水花生愈伤组织SOD、POD、CAT活性的影响  26-27
    3.2.3 Hg~(2+)胁迫对水花生愈伤组织APX、GR活性的影响  27-28
    3.2.4 Hg~(2+)胁迫对水花生愈伤组织可溶性蛋白含量的影响  28
    3.2.5 Hg~(2+)胁迫对水花生愈伤组织O_2~(-·)产生速率、H_2O_2和MDA含量的影响  28-29
    3.2.6 Hg~(2+)胁迫对水花生愈伤组织细胞超微结构的影响  29-31
  3.3 讨论(Discussion)  31-33
第4章 汞对水花生愈伤组织类囊体膜光化学活性的影响  33-41
  4.1 材料与方法(Materials and methods)  33-35
    4.1.1 实验材料与处理  33
    4.1.2 研究方法  33-34
      4.1.2.1 类囊体膜的制备  33-34
      4.1.2.2 叶绿素提取及测定  34
      4.1.2.3 类囊体膜蛋白含量的测定  34
      4.1.2.4 类囊体膜电子传递活性的测定  34
      4.1.2.5 类囊体膜室温荧光发射光谱的测定  34
      4.1.2.6 类囊体膜超微结构的观察  34
    4.1.3 数据处理与统计分析  34-35
  4.2 结果(Results)  35-39
    4.2.1 Hg~(2+)胁迫对水花生愈伤组织类囊体膜叶绿素含量的影响  35
    4.2.2 Hg~(2+)胁迫对水花生愈伤组织类囊体膜蛋白含量的影响  35-36
    4.2.3 Hg~(2+)胁迫对水花生愈伤组织类囊体膜室温荧光发射光谱的影响  36-37
    4.2.4 Hg~(2+)胁迫对水花生愈伤组织类囊体膜电子传递链的影响  37-38
    4.2.5 Hg~(2+)胁迫对水花生愈伤组织类囊体膜超微结构的影响  38-39
  4.3 讨论(Discussion)  39-41
第5章 汞对水花生叶绿素荧光参数的影响  41-47
  5.1 材料与方法(Materials and methods)  41-42
    5.1.1 实验材料与处理  41
    5.1.2 研究方法  41-42
      5.1.2.1 叶绿素荧光参数测定  41
      5.1.2.2 叶绿素提取及测定  41-42
      5.1.2.3 数据处理与统计分析  42
  5.2 结果(Results)  42-44
    5.2.1 Hg~(2+)胁迫对水花生叶绿素含量的影响  42
    5.2.2 Hg~(2+)胁迫对水花生荧光参数的影响  42-44
      5.2.2.1 Hg~(2+)胁迫对水花生Fo、Fm、Fv、Fm/Fo的影响  42-43
      5.2.2.2 Hg~(2+)胁迫对水花生PSⅡ光能转化率的影响  43-44
      5.2.2.3 Hg~(2+)胁迫对水花生荧光淬灭的影响  44
  5.3 讨论(Discussion)  44-47
第6章 论文小结  47-49
参考文献  49-57
附录A 缩写  57-59
附录B MS培养基配制表  59-60
在读期间发表的学术论文及研究成果  60-61
致谢  61

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境科学基础理论 > 环境生物学 > 环境植物学
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