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Pb胁迫对豌豆和刺槐细胞毒害及其耐性机制研究

作　者: 蒋宏剑
导　师: 周晓阳
学　校: 北京林业大学
专　业: 植物学
关键词: Pb2+ 重金属污染 植物修复 豌豆 刺槐 超微结构 X-射线微区分析
分类号: Q945.78
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 87次
引　用: 3次
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内容摘要


伴随日趋严重的重金属问题,植物修复的可能机制与植物在重金属胁迫下的损伤与抗性研究成为研究热点。本次实验采用同属于豆科蝶形花亚科的草本植物豌豆和木本植物刺槐作为为主要实验材料,采用透射电子显微镜和电镜能谱分析技术从细胞水平上分析了重金属Pb在豌豆和刺槐叶部、根部的分布与积累情况,半定量地测定了在豌豆和刺槐叶片、根部组织中,各细胞微区内Pb元素的相对含量以及Pb2+处理后豌豆和刺槐植株叶部和根部细胞中K+含量变化情况,分析了影响Pb分布状况的因素和相应的K+的含量变化情况。本实验采用中度（100mg/L）和严重（400mg/L）胁迫下Pb2+对豌豆和刺槐幼苗的超微结构损伤以及严重胁迫下豌豆和刺槐根叶细胞内Pb的区域化分布情况,对比无污染植株,从细胞和亚细胞水平较为深入的分析探讨了重金属铅对豌豆和刺槐幼苗的伤害机制及其可能的相对耐铅机理。使用透射电子镜显微镜和X-射线微区分析的结果显示,重金属对植物的毒害表现为植物细胞的膜结构、细胞壁、细胞核以及各种细胞器的整体伤害,只是一些结构的耐受性强一些,另一些则弱一些;豌豆和刺槐对重金属铅一定程度上的耐性,可能包括铅胁迫下不同细胞器的差异反应、根富集重金属离子、细胞壁的结合作用和液泡的区域化作用等。Pb在豌豆和刺槐植株的分布方面,Pb主要分布在植株的根部,且根表皮层及皮层组织含量较高;Pb在叶部有少量分布,主要集中在豌豆和刺槐叶片表皮细胞;在同一细胞不同细胞器中,主要集中分布在细胞壁和液泡内。此外,从Pb在豌豆和刺槐植株内的分布与结构损伤上来看,K+在植株细胞内的变化呈现一定负相关性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
1 引言  9-29
  1.1 重金属污染的现状和植物修复的研究意义  9-10
  1.2 重金属污染国内外研究现状  10-11
    1.2.1 重金属铅污染的研究  10-11
      1.2.1.1 铅污染问题的严重  10
      1.2.1.2 铅与人类及动物的健康  10
      1.2.1.3 铅对植物的伤害和抗性的研究进展  10-11
  1.3 重金属对植物的伤害机理  11-17
    1.3.1 干扰植物正常的生理和代谢过程  11-15
      1.3.1.1 光合作用  11-12
      1.3.1.2 呼吸作用  12
      1.3.1.3 水分代谢  12
      1.3.1.4 碳水化合物代谢  12-13
      1.3.1.5 氮素代谢  13
      1.3.1.6 重金属离子和酶结合  13-14
      1.3.1.7 细胞膜透性变化  14
      1.3.1.8 重金属胁迫下产生的活性氧自由基  14-15
      1.3.1.9 干扰植物的信号传递  15
    1.3.2 干扰植物大分子的结构与功能  15-16
      1.3.2.1 蛋白质结构与功能的损伤  15
      1.3.2.2 遗传物质结构与功能的损伤  15-16
    1.3.3 重金属对植物细胞器超微结构的影响研究  16-17
      1.3.3.1 重金属对叶绿体超微结构的损伤  16
      1.3.3.2 重金属对线粒体超微结构的损伤  16-17
      1.3.3.3 重金属对细胞核超微结构的影响  17
  1.4 植物耐重金属机理的研究  17-25
    1.4.1 植物对环境修复的几种主要类型  17-19
      1.4.1.1 植物萃取  17-18
      1.4.1.2 植物降解  18
      1.4.1.3 植物固定  18
      1.4.1.4 植物挥发  18
      1.4.1.5 根系过滤  18
      1.4.1.6 水分控制  18
      1.4.1.7 应用基因改造生物  18-19
    1.4.2 植物修复的机理  19-20
      1.4.2.1 螯合作用  19
      1.4.2.2 区室化作用  19-20
      1.4.2.3 生物转化  20
      1.4.2.4 细胞修复  20
    1.4.3 植物修复的相关基因  20-23
      1.4.3.1 汞离子还原酶基因(merA)  20-21
      1.4.3.2 有机汞裂解酶基因(merB)  21
      1.4.3.3 汞转运蛋白基因(merT)  21
      1.4.3.4 金属硫蛋白基因(MT)  21-22
      1.4.3.5 植物络合素合成酶基因(PCS)  22
      1.4.3.6 铁离子还原酶基因(FRO2)  22-23
      1.4.3.7 离子转运蛋白基因(ZIP和ITR1)  23
    1.4.4 优缺点  23-24
      1.4.4.1 优势  23
      1.4.4.2 缺点  23-24
    1.4.5 展望  24-25
  1.5 实验材料豌豆和刺槐的研究现状  25-26
    1.5.1 豌豆概述  25
      1.5.1.1 基本特征  25
      1.5.1.2 起源与习性  25
      1.5.1.3 豌豆作为重金属污染实验材料的相关研究  25
    1.5.2 刺槐  25-26
      1.5.2.1 基本特征  25-26
      1.5.2.2 起源与习性  26
      1.5.2.3 研究现状  26
  1.6 透射电镜显微技术与X—射线微区分析技术  26-27
  1.7 本研究的目的与意义  27-29
2 重金属Pb对豌豆和刺槐的毒害机制研究方法  29-31
  2.1 材料和方法  29-31
    2.1.1 材料的培养与处理  29
    2.1.2 透射电镜样品的制备与观察  29-30
      2.1.2.1 取材  29
      2.1.2.2 初固定  29
      2.1.2.3 洗涤  29
      2.1.2.4 后固定  29
      2.1.2.5 洗涤  29-30
      2.1.2.6 脱水  30
      2.1.2.7 渗透,包埋  30
      2.1.2.8 聚合  30
      2.1.2.9 切片  30
    2.1.3 X-射线微区分析样品的制备  30-31
      2.1.3.1 取材  30
      2.1.3.2 固定  30
      2.1.3.3 冷冻干燥  30
      2.1.3.4 渗透  30
      2.1.3.5 包埋  30
      2.1.3.6 聚合  30
      2.1.3.7 切片  30
      2.1.3.8 X-射线微区分析的测定  30-31
3 结果分析  31-61
  3.1 豌豆和刺槐表观伤害描述  31-32
    3.1.1 豌豆表面变化  31
    3.1.2 刺槐表面变化  31-32
  3.2 对豌豆、刺槐各组织中Pb~(2+)的超微结构观察  32-47
    3.2.1 豌豆中Pb~(2+)的分布  32-43
      3.2.1.1 叶绿体:  32-35
      3.2.1.2 线粒体  35-37
      3.2.1.3 细胞核  37-39
      3.2.1.4 细胞壁与细胞膜系统等变化  39-41
      3.2.1.5 根细胞的超微结构变化  41-43
    3.2.2 刺槐中Pb~(2+)的分布  43-47
      3.2.2.1 Pb在刺槐叶细胞中的分布情况  44-45
      3.2.2.2 Pb在刺槐根细胞中的分布情况  45-47
  3.3 Pb~(2+)在豌豆、刺槐各组织的X-射线微区分析  47-55
    3.3.1 Pb~(2+)处理豌豆根细胞中Pb相对含量  47-49
    3.3.2 Pb~(2+)处理豌豆叶细胞中Pb相对含量  49-50
    3.3.3 Pb~(2+)处理刺槐根细胞中Pb相对含量  50-51
    3.3.4 Pb~(2+)处理刺槐叶细胞中Pb相对含量  51-53
    3.3.5 小结  53-55
  3.4 K~+在豌豆、刺槐各组织的X-射线微区分析  55-61
    3.4.1 Pb~(2+)处理豌豆根细胞中K相对含量  56-57
    3.4.2 Pb~(2+)处理豌豆叶细胞中K相对含量  57-58
    3.4.3 Pb~(2+)处理刺槐根细胞中K相对含量  58-59
    3.4.4 Pb~(2+)处理刺槐叶细胞中K相对含量  59-60
    3.4.5 小结  60-61
4 讨论  61-67
  4.1 重金属铅污染下豌豆和刺槐幼苗的超微结构损伤机制  61-64
  4.2 豌豆和刺槐在重金属铅胁迫下可能的耐性机理  64-67
    4.2.1 根富集重金属离子  64
    4.2.2 植物根与叶组织水平上Pb积累规律不同  64-65
    4.2.3 重金属元素与细胞壁结合  65
    4.2.4 液泡的区域化作用  65-66
    4.2.5 不同细胞器的差异反应  66-67
5 结论  67-69
参考文献  69-77
个人简介  77-78
导师简介  78-79
致谢  79

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中图分类: > 生物科学 > 植物学 > 植物生理学 > 协迫生理学
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