免费文献传递   相关文献

Physiological Responses and Ultrastructural Changes of Typha orientalis Presl under Pb2+ Stress

香蒲对不同浓度Pb2+胁迫的生理应答及其细胞超微结构变化



全 文 :书西北植物学报!
"#$
!
%$
"
#"
#$
!"#&!"!$
!"#$%&#%&()$*+,""-.)/#0-/
!!
文章编号$
#"""()"!$
"
!"#$
#
"(!"#&("&
!!!!!!!!!!!!!!!
!"#
$
#"*+,",
%
-
*.//0*#"""()"!$*!"#$*#"*!"#&
!!
收稿日期$
!"#$(",(##
&修改稿收到日期$
!"#$("+(!&
!!
基金项目$国家自然科学青年基金"
%#%""%!)
#&江苏省高校自然科学研究面上项目"
#%123#&""!&
#
!!
作者简介$徐义昆"
#4&4
#!男!硕士!主要从事水生植物对重金属胁迫响应的研究
5(67.8
$
9
:;<4##
!
/.07*=>6
!!"
通信作者$徐小颖!博士!讲师!主要从事植物生理与分子生物学研究
5(67.8
$
;<;.7>
9
.0
?!9
@<*AB<*=0
香蒲对不同浓度
$%
&胁迫的生理应答
及其细胞超微结构变化
徐义昆!徐小颖"!池
!
源!金银根
"扬州大学 生物科学与技术学院!江苏扬州
!!$"""
#

!
要$通过室内水培试验!研究了不同浓度
CD
!E
"(
"*!$
(
"*$"
(
#*""

!*""66>8
)
F
#
#胁迫对东方香蒲根和
叶中
CD
含量(叶绿素含量(丙二醛"
GHI
#含量(抗氧化酶"
JKH
(
LIM

CKH
#活性以及亚细胞结构的影响结果
显示$"
#
#随着外源
CD
!E浓度的增加!
CD
在香蒲根和叶中的积累量均显著高于对照!且
CD
在根中的含量明显高于
叶中!并与外源
CD
!E浓度呈显著正相关关系"
!
#香蒲叶片中的叶绿素
7
和叶绿素
D
含量随着外源
CD
!E浓度的增
加呈先升后降趋势!均在处理浓度为
"*$"66>8
)
F
#时达到峰值"
%
#胁迫处理叶片的
GHI
含量与对照相比变
化不显著!但根中
GHI
含量呈显著下降趋势"
)
#叶片中
JKH
活性在
#*""66>8
)
F
#
CD
!E处理时达到峰值!然
后下降!但始终高于对照!
LIM

CKH
活性则均低于对照组&根中
JKH
活性除
#*""66>8
)
F
#
CD
!E处理组外均
显著低于对照组!
LIM

CKH
活性分别在
"*!$

"*$"66>8
)
F
#
CD
!E处理时达到峰值!然后随处理
CD
!E浓度
升高而下降"
$
#电镜观察发现!
CD
!E胁迫使香蒲叶细胞中叶绿体被膜破裂!类囊体膨胀(破损&根和叶细胞中的线
粒体被膜均破裂(内腔空泡化!细胞核核膜破损(核仁消失(染色质凝集研究表明!
CD
!E胁迫致使东方香蒲根(叶
生理代谢失衡!亚细胞结构出现不可逆的损伤!这为从分子水平研究
CD
!E作用的具体机理以及香蒲在重金属污染
修复中的应用提供了依据
关键词$东方香蒲&
CD
!E胁迫&抗氧化&亚细胞结构
中图分类号$
N4)$*+&
!!!
文献标志码$
I
$(
)
*#"+"
,
#-.+/0*
1
"2*0*.2!3+45.*456-465.+7(.2
,
0*"8
1
23
4$&(-)/#$*-5$50*+62!05$%
&
9450**
OPQ.:<0
!
OPO.7>
9
.0
?
"
!
LRSQ<70
!
2STQ.0
*
?
A0
"
L>8A
?
A>U3.>/=.A0=A70B3.>VA=W0>8>
?9
!
Q70
?
@W>9
!
Q70
?
@W><
!
2.70
?
/!
LW.07
#
:%*45.-4
$
5UUA=V/>UB.UUAYA0V=>0=A0VY7V.>0/>UCD
!E
"!
"*!$
!
"*$"
!
#*""
!
*""66>8
)
F
#
#
>0=>0VA0V/>U
CD
!
=W8>Y>
Z
W
9
870B678>0B.78BAW
9
BA
"
GHI
#!
7=V.X.V.A/>U70V.>;.B70VA0@
9
6A/
"
JKH
!
LIM70BCKH
#
70B
/>V/>U!
"#
$%&()*+%,(-CYA/8[AYA/VZ
AY.6A0V*MWA
YA/<8V/.0B.=7VABVW7V
$"
#
#
[.VWVWA.0=YA7/A>UA;>
?
A0>!E
=>0=A0VY7V.>0/
!
CD7==<6<87V.>0.0Y>>V/70B
8A7XA/[AYA/.
?
0.U.=70V8
9
W.
?
WAYVW70VW7V>UVWA=>0VY>8
!
70BCD=>0VA0V/.0Y>>V/[AYA/.
?
0.U.=70V8
9
W.
?
WAY
VW70VW>/A.08A7XA/
!
[W.=WW7B/.
?
0.U.=70V
Z
>/.V.XA=>YYA87V.>0[.VWA;>
?
A0>!E
=>0=A0VY7V.>0/*
"
!
#
3>VW=>0VA0V/>U=W8>Y>
Z
W
9
8770B=W8>Y>
Z
W
9
8D.08A7XA/.0=YA7/ABU.Y/V70BVWA0BA=YA7/AB
!
[W.=WD>VW
YA7=WABVWA
Z
A7:X788
)
F
#
CD
!E
VYA7V6A0V*
"
%
#
MWAYA[7/0>/.
?
0.U.=70V=W70
?
A>UGHI
=>0VA0V/.08A7XA/=>6
Z
7YAB[.VWVWA=>0VY>8
!
[WAYA7/GHI=>0VA0V.0Y>>V//.
?
0.U.=70V8
9
BA=8.0AB*
"
)
#
S0
8A7XA/
!
/<
Z
AY>;.BAB./6"
JKH
#
7=V.X.V
9
YA7=WABVWA
Z
A7:X788
)
F
#
CD
!E
VYA7V6A0V70B
VWA0BA=YA7/AB=>6
Z
7YABV>VWA=>0VY>8
!
[W.=W[7/78[7
9
/W.
?
WAYVW70VW7V>U=>0VY>8*R>[AXAY
!
Z
AY>;
9
(
B7/A
"
CKH
#
70B=7V787/A
"
LIM
#
7=V.X.V.A/.0CD
!E
VYA7V6A0V
?
Y><
Z
/[AYA788>[AYVW70VW7V>U=>0VY>8
?
Y><
Z
*S0Y>>V/
!
/<
Z
AY>;.BAB./6"
JKH
#
7=V.X.V
9
BA=YA7/AB/.
?
0.U.=70V8
9
=>6
Z
7YABV>VWA=>0VY>8A;=A
Z
V
#*""66>8
)
F
#
CD
!E
VYA7V6A0V*L7V787/A
"
LIM
#
70B
Z
AY>;
9
B7/A
"
CKH
#
7=V.X.V.A/YA7=WABVWA.Y
Z
A7:X78(
8
)
F
#
70B"*$"66>8
)
F
#
CD
!E
VYA7V6A0V/
!
YA/
Z
A=V.XA8
9
!
70BVWA0BA=YA7/AB[.VWVWA.0(
=YA7/A>UA;>
?
A0>!E
=>0=A0VY7V.>0*
"
$
#
3
9
6A70/>UVY70/6.//.>0A8A=VY>06.=Y>/=>
Z
AVA=W0>8>
?9
!
.V
[7/>D/AYXABVW7VCD
!E
.0B<=ABB767
?
A/>U=A8<8VY7/VY<=V$
=W8>Y>
Z
87/VA0XA8>
Z
A[7/B767
?
AB
!
VW
9
87(
:>.B/[A8AB70BDY>:A.08A7XA/=A8/
&
.08A7U70BY>>V=A8/
!
6.V>=W>0BY.7[AYAX7=<>87VAB70BVWAA0XA8>
Z
A
[7/DY>:A0
&
0<=8A7Y6A6DY70A[7/B767
?
AB
!
0<=8A>8/V70B=WY>67V.0=>0BA0/AB*SV[7/=>0=8CD
!E
/VYA//.0B<=AB.6D7870=A>U
Z
W
9
/.>8>
?
.=786AV7D>8./670B.YYAXAY/.D8AB767
?
A>U/MW./YA/A7Y=W=><8B
Z
Y>X.BAVWA>Y
9
D7/./U>YVWA/
Z
A=.U.=6A=W70./6>UCD
!E
/VYA//7VVWA6>8A=<87Y8AXA8
70B7
ZZ
8.=7V.>0>U!
"#
$%&()*+%,(-CYA/8.0WA7X
9
6AV78
Z
>80YA
Z
7.Y*
;0
)
<"5!*
$
!
"#
$%&()*+%,(-CYA/8
&
CD
!E
/VYA//
&
70V.>;.B70V
&
/!!
水体重金属污染是当前社会环境中较为难以根
治的问题之一!对农业生产的持续稳定增长及人类
的健康产生了极大的威胁+#,!其中铅"
CD
!E
#是水体
污染中最常见也是环境中毒性最强的重金属元素之
一其来源广泛!如采矿(冶炼(化工(电镀(电子(制
革等行业!以及民用固体废弃物的不合理填埋和堆
放等!都导致土壤和水体中铅的含量增高重金属
在环境中既不能自然降解也不能生物降解!往往富
集在水体或沉积在淤泥里!被水生植物吸收!并通过
食物链最终损害人类的健康+!(%,在重金属污染修
复技术中!植物修复技术以其治理效果良好(成本低
廉且能带来一定的环境效益等优势而备受青睐!而
植物修复技术的基础是超富集植物!所以寻找有潜
力的超富集植物将也是今后发展的趋势+),
香蒲为多年生落叶(宿根性挺水型的单子叶植
物!在中国分布广泛!适应性强!生长迅速!生物量
大!在净化水体污染方面取得了良好的成效叶志
鸿等+$,以宽叶香蒲"
!
"#
$%,%+(
.
&,(%
#净化塘系统
来处理铅%锌矿废水!经
$
年多的监测结果表明!
Z
R

&*"%
下降到
+*+)
!总悬浮物去除率达
44!
CD
去除率达
4"!
]0

LB
去除率为
&)!其他金属
也有不同程度的降低!水质明显改善近年来已有
香蒲对重金属超富集的研究+,,!但其在铅胁迫下的
生理应答和细胞超微结构变化尚少见报道因此!
本研究以东方香蒲"
!
"#
$%&()*+%,(-CYA/8
#为实验
材料!通过营养液培养试验!分析了其在不同
CD
!E
浓度胁迫下
CD
的富集量(光合色素含量(膜脂过氧
化程度(抗氧化酶活性和细胞超微结构的变化!旨在
从不同角度揭示香蒲对
CD
!E的响应机理!丰富高等
水生植物对重金属胁迫的抗性生理机制资料!并为
深入探讨香蒲在重金属污染修复中的应用提供
依据
#
!
材料与方法
=*=
!
材料培养
将收集的东方香蒲"
!
"#
$%&()*+%,(-CYA/8
#种
子"取自扬州大学文汇路校区小果园!
T%!^!%_!)`
(
5##4^!$_)`
#于实验室培养箱内进行萌发与培养!昼
夜温度
!$ a
%
!" a
!光照周期
#)W
%
#"W
!湿度
+"!光照度
#+,""F;
待植株长至
$
"
+
片真叶!
将其转入
$"\ R>7
?
870B
营养液中继续培养!选取
生长状态一致"株高为
)"=6
左右#的香蒲作
CD
!E
胁迫处理
=>&
!
$%
&胁迫处理
实验分为
$
个组!将香蒲分别置于含
"
(
"*!$
(
"*$"
(
#*""

!*""66>8
)
F
#
CD
!E的
R>7
?
870B
营养液中进行急性毒害处理!并同样置于光照培养
箱中培养!培养条件同上处理
#"B
后!用自来水
洗净根和叶片后!放入
!"66>8
)
F
#
5HMI(T7
!
交换
#$6.0
!然后用去离子水洗净!吸水纸吸干!选
取相同部位的根和叶用于生理指标的测定
=*?
!
生理指标测定和超微结构观察
=*?*=
!
叶绿素含量
!
采用分光光度法测定+,称
取叶片
"*!
?
!放入研钵中!加少量石英砂和
4$乙
醇!研成匀浆!用
4$乙醇定容至
&6F
!
#""""b
?
离心
!"6.0
取上清液测定
,,$
(
,)4

)+"06

光密度!分别计算叶绿素
7
(
D
含量
=*?*&
!
丙二醛的含量
!
采用硫代巴比妥酸比色法
测定+&,取植物组织
"*$
?
!加入
)6F!"\ MLI
研磨后
#""""b
?
下离心
#$6.0

#*$6F
上清
液与
!*$6F"*$\M3I
"溶于
!"\MLI
中#混合!
煮沸
%"6.0
!然后迅速冷却!
#&""b
?
下离心
#$
6.0
测定反应液在
)$"
(
$%!

,""06
处的吸光
值!计算
GHI
含量
4#"!
#"
期 徐义昆!等$香蒲对不同浓度
CD
!E胁迫的生理应答及其细胞超微结构变化
=*?*?
!
抗氧化酶活性
!

"*$
?
新鲜的香蒲植物
组织!加入
$6F$"66>8
)
F
#磷酸缓冲液"
Z
R
+*&
#进行研磨!匀浆液
)a

#""""b
?
离心
!"
6.0
!上清液用于测定抗氧化酶活性
JKH
活性测
定采用
T3M
光化还原法+4,!反应液共
%6F
!包括
$"66>8
)
F
#磷酸缓冲液"
Z
R+*&
#(
#%"66>8
)
F
#甲硫氨酸(
+$"
#
6>8
)
F
#
T3M
(
!"
#
6>8
)
F
#
核黄素(
"*#66>8
)
F
#
5HMI(T7
!
和酶提取液
光照启动反应!其活性单位定义为$每克鲜重材料中
JKH
抑制率达
$"时所对应的
JKH
量为一个单位
"
P
#&
CKH
活性测定采用愈创木酚方法+#",!反应液

%6F
!包括
#""66>8
)
F
#磷酸缓冲液"
Z
R
,*"
#(
#愈创木酚(
"*)\ R
!
K
!
和酶提取液酶液
一加入!迅速启动愈创木酚的氧化反应!每隔
#"/
读取反应液在
)+"06
下的吸光值!连续读数
%
6.0
!每分钟吸光值的变化定义为一个酶活性单位
"
P
#&
LIM
活性测定采用钼酸盐方法测定+##,!反应
体系为
,"66>8
)
F
#磷酸缓冲液"
Z
R+*)
#(
%!*)
66>8
)
F
#钼酸铵(
,$
#
6>8
)
F
#
R
!
K
!
(酶液其
活力单位"
P
#定义为$每克植物材料每秒钟分解
#
#
6>8R
!
K
!

LIM

=>?>@
!
$%
含量
!
采用湿消化法测定精确称取
"*!
?
植物干样于
$"6F
烧杯中!加入
$6F
浓硝
酸!摇匀后置于电热板"
#!"a
#上!渐渐有红棕色气
体冒出!待大量红棕色气体消失时再加入
#6F

氯酸!摇匀!此时调制电热板至
#$"a
!待冒白烟结
束!若发现烧杯底部有未消解完的样品!重复上述过
程至止样品完全消解!消解后溶液澄清!冷却至室
温!定溶于
$"6F
的容量瓶用电感耦合等离子体
发射光谱仪"
K
Z
V.67+%""Hc
!美国
CAY:.0586AY
公司#测定溶液
CD
含量实验均进行
%
次重复
=*?*A
!
超微结构观察
!
CD
!E处理
#"B
后!从各浓
度梯度实验组中取香蒲相同部位的叶片和根!洗净!
切成
#66
% 大小的样块!迅速用
!*$戊二醛固定!
丙酮系列脱水!
5
Z
>0&#!
包埋!超薄切片机切片!切
片后用醋酸双氧铀
(
柠檬酸铅染色!于透射电子显微
镜"
LG#""
!荷兰
CW.8.
Z
/
公司#下观察并拍照
=*@
!
数据统计分析
实验结果为
%
次实验的平均值
d
标准差!数据
分析和制图采用
5;=A8

JV7V./V.=7,*"
统计软件完
成将各生理指标与处理浓度作相关性分析!同时
进行数据间的差异显著性检测
!
!
结果与分析
&>=
!
$%
在香蒲叶和根中的积累
由图
#
可知!当外源施用不同浓度的
CD
!E胁迫
时!
CD
在香蒲根和叶中的积累量均显著高于对照!
但叶和根中的积累量和变化幅度(趋势有明显差异
其中!各
CD
!E处理组根中的
CD
含量与外源
CD
!E浓
度间呈显著正相关"
e"*&4,
!
/
#
"*"$
#&当外源
CD
!E浓度为
!*""66>8
)
F
#时!根中
CD
含量高达
对照组的
%%!
倍而相同处理下!叶中的
CD
含量
极显著低于根部!并当外源
CD
!E浓度为
"*$"66>8
)
F
#时达到最大值!此时约是对照的
$
倍&后随外

CD
!E浓度升高叶片中
CD
含量略有下降!但仍显
著高于对照组可见!
CD
主要在香蒲根中大量积
累!且积累量与外界环境中
CD
!E浓度密切相关
&>&
!
$%
&胁迫对香蒲叶片叶绿素含量的影响

!
显示!随外源
CD
!E浓度的升高!香蒲叶片
中的叶绿素
7
和叶绿素
D
含量均呈现先升后降的趋

#
!
CD
!E胁迫下香蒲叶和根中
CD
含量
不同小写字母表示处理间差异显著"
/
#
"*"$
#下同
f.
?
*#
!
CD=>0VA0V/.08A7XA/70BY>>V/>U!
"#
$%&()*+%,(-CYA/8<0BAYCD
!E
/VYA//
H.UUAYA0V8AVVAY/76>0
?
B.UUAYA0VVYA7V6A0V/.0B.=7VA/.
?
0.U.=70VB.UUAYA0=A/7V/
#
"*"$*MWA/76A7/DA8>[*
"!"!
西
!

!

!

!

!

%$

势其中!在外源
CD
!E浓度为
"*$"66>8
)
F
#时!
叶绿素
7
和叶绿素
D
含量均达到其峰值!分别是相
应对照的
#*##

#*!,
倍&此后两者均显著下降!当
CD
!E浓度增至
!*""66>8
)
F
#时!叶绿素
7
和叶绿

D
含量分别降至对照组
+,*)和
,%*&!并达到
其最低值各
CD
!E处理组间及其与对照间的叶绿

7
和叶绿素
D
含量均差异显著"
/
#
"*"$
#

!
!
CD
!E胁迫下香蒲叶绿素含量
f.
?
*!
!
MWA=>0VA0V/>U=W8>Y>
Z
W
9
8.0!0&()*+%,(-
CYA/8<0BAYCD
!E
/VYA//
&>?
!
$%
&胁迫对香蒲抗氧化酶活性和
BC:
含量
的影响
!!
如图
%
!
I
所示!香蒲叶片中
JKH
活性随着外

CD
!E浓度的升高呈现先升后降的变化趋势&当外

CD
!E浓度低于
!*""66>8
)
F
#时!
JKH
活性随
着外源
CD
!E浓度的升高而显著提高!且各
CD
!E处
理组间的
JKH
活性差异显著&在外源
CD
!E浓度为
#*""66>8
)
F
#时!
JKH
活性升至对照组的
)*$4
倍!并达到其峰值&当外源
CD
!E 浓度升至
!*""
66>8
)
F
#时!
JKH
活性快速大幅下降!但仍略高
于对照组根中
JKH
活性随外源
CD
!E浓度表现出

(

(
降的趋势!且除
#*""66>8
)
F
#
CD
!E处理组
外均显著低于对照组&当外源
CD
!E 浓度为
"*$"
66>8
)
F
#时!
JKH
活性降至其最低值!比对照显
著下降了
)"*4
同时!图
%
!
3
(
L
显示!在香蒲叶片中!各
CD
!E
处理组的
LIM

CKH
活性均随
CD
!E胁迫浓度的
升高表现出先降低后升高的趋势!且均显著低于对
照组&两种酶活性分别在外源
CD
!E浓度为
"*!$

"*$"66>8
)
F
#时降至其最低值!分别比相应对照
组显著降低
#4*!和
$"*)而在根中!各
CD
!E
处理组
LIM

CKH
活性随
CD
!E 胁迫浓度的增大

%
!
CD
!E胁迫下香蒲叶和根抗氧化酶活性及
GHI
含量的变化
f.
?
*%
!
MWA70V.>;.B7/A7=V.X.V.A/70BGHI=>0VA0V.0!0&()*+%,(-CYA/88A7XA/70BY>>V/<0BAYCD
!E
/VYA//
#!"!
#"
期 徐义昆!等$香蒲对不同浓度
CD
!E胁迫的生理应答及其细胞超微结构变化
呈现先升高后降低的趋势!并分别在外源
CD
!E浓度

"*!$

"*$"66>8
)
F
#时达到其峰值!此时分
别比对照组显著提高
$&*"和
,,*"&根中
LIM
活性除峰值外均低于对照!而其
CKH
活性均高于对
照在各处理浓度下!叶片中
LIM
活性均远高于
根中!而其
CKH
活性却均远低于根中
另外!由图
%
!
H
可以看出!随着外源
CD
!E胁迫
浓度的增大!各
CD
!E处理组叶片中的
GHI
含量有
先降后升的趋势!但与对照比变化均不显著&而根中
GHI
含量随着外源
CD
!E浓度的增高而呈下降趋
势!且各
CD
!E处理组均显著低于对照!如当
CD
!E浓
度增至
!*""66>8
)
F
#时!其
GHI
含量比对照显
著降低
,$*$!并降至其最低值
以上结果说明!香蒲叶和根中的抗氧化酶对
CD
!E胁迫的响应不同!由于抗氧化酶阈值的限制!
%
种主要的抗氧化酶"
JKH
(
LIM

CKH
#最大程度
地消灭了部分活性氧!但是过剩的活性氧"
gKJ
#仍
然导致细胞膜膜脂过氧化而且!香蒲根对
CD
!E胁
迫的敏感程度远远大于叶片
&>@
!
$%
&胁迫对香蒲叶和根细胞超微结构的影响
由电镜观察发现!随着
CD
!E处理浓度的增加!
香蒲叶和根细胞超微结构的损伤程度逐渐加重在
叶片细胞中!对照组叶绿体呈规则的长椭圆形!类囊
体和被膜结构清晰!基质片层排列整齐&线粒体脊突
呈管状!间质浓密"图版
$
!
#
#当外源施用
"*$"
66>8
)
F
#
CD
!E处理时!叶细胞中的线粒体被膜出
现破裂!脊突排列无序!内部出现空泡化现象&叶绿
体基粒类囊体开始膨胀!基质片层发生扭曲!被膜结
构模糊"图版
$
!(
%
#&当
CD
!E浓度高达
!*""66>8
)
F
#时!叶细胞中的叶绿体双层膜局部出现破损!基
粒类囊体膨胀程度加剧!内部结构趋于瓦解"图版
$
!
)
#&核膜局部破裂!核仁消失!核内容物成无序状
态"图版
$
!
$
#
在根细胞中!对照组的核膜完整!核仁清晰!染色
质分布均匀&线粒体结构完整规则"图版
$
!
,
#当外
源施用
"*$"66>8
)
F
#
CD
!E处理时!线粒体被膜破
裂!出现轻度的空泡化现象"图版
$
!
+
#当外源
CD
!E
浓度升至
#*""66>8
)
F
#时!核膜出现破裂!核仁已
消失!染色质凝集"图版
$
!
&
#当外源
CD
!E浓度高达
!*""66>8
)
F
#时!核膜已消失不见!染色质高度凝
集&线粒体空泡化程度加剧"图版
$
!
4
#
%
!

!

37:AY
等+#!,研究多种植物不同组织的重金属含
量时发现!不同植物对各种重金属的吸收(迁移和积
累存在差异
CD
!E主要滞留在根部!向地上部分迁
移的速率较慢+#%,在本实验中!随着外源
CD
!E浓
度的升高!
CD
主要在香蒲根部大量积累!而同一浓
度处理下!叶片中
CD
含量显著低于根部!这与上述
研究结论一致
导致
CD
在香蒲体内大量积累的原因可能与细
胞膜的损伤有关丙二醛"
GHI
#是膜脂过氧化的
最终产物之一!常被作为膜损伤的指示指标+#),正
常情况下!植物体内活性氧的产生与清除处于动态
平衡!并不会对植物产生伤害!但当植物遭受重金属
胁迫时!其体内过剩的活性氧"
gKJ
#会攻击质膜上
的多聚不饱和脂肪酸!引起膜脂过氧化!导致产生大

GHI
目前!大多数研究结果表明!植物体在
CD
(
L<

LB
等重金属胁迫下!
GHI
含量均会有不
同程度的增加+#$(#+,而本实验表明!
CD
!E胁迫后根

GHI
含量表现为随着
CD
!E浓度的升高而呈下
降趋势推测这是由于
CD
!E在根部大量积累!引发
氧化胁迫!致使根细胞膜上的多聚不饱和脂肪酸发
生过氧化损伤而含量明显降低+#&(#4,!从而导致根部

GHI
含量随
CD
!E 浓度的升高而降低
HW.Y
等+!",对金鱼藻"
1)%+&
#
$
"
,,234)3)-23
#(无根萍
"
5&,
..
(%%$(6%
#和黑藻"
7
"
4(,,%8)+(9(,,%+%
#
进行
LB
处理!以及
O<
等+!#,对水花生"
:,+)*%*;
+$)%
#
$(,&<)&(4)-
#愈伤组织进行
L<
处理后也发

GHI
含量下降
为了抵御重金属胁迫引起的氧化胁迫!植物体
通过提高抗氧化酶的活性来维持植物体内
gKJ

生和清除的动态平衡!植物体中常见的抗氧化酶有
超氧化物歧化酶"
JKH
#(过氧化物酶"
CKH
#和过氧
化氢酶"
LIM
#!它们组成了一个有效的
gKJ
清除
系统+!!(!%,
JKH

K

)
!
歧化成
R
!
K
!
!再由
LIM

CKH

R
!
K
!
分解成
R
!
K

K
!
!从而阻止
K

)
!

R
!
K
!
的积累+!),在本实验中!香蒲叶片中的
JKH
活性随
CD
!E胁迫浓度的升高逐渐提高!这是植物的
应激保护机制&当
CD
!E胁迫浓度高达
!*""66>8
)
F
#时!由于
JKH
阈值的限制!其活性略有下降!但
仍高于对照组这与
LB
!E胁迫下玉豆"
/$%-)&,2-
82,
=
%(-F*
#
+
!$
,
JKH
活性变化趋势一致
CD
!E胁
迫下香蒲叶片中
LIM

CKH
活性较对照均显著
下降!这可能是由于在
CD
!E胁迫下叶片中
LIM

CKH
阈值较低!且细胞器结构已损伤所致在香蒲
根组织中!
CD
!E胁迫下的
JKH
活性较对照均下降!
LIM

CKH
活性均呈现先上升后下降的趋势!这
!!"!
西
!

!

!

!

!

%$

与叶片中的酶活性变化不同!推测原因可能是
CD
在根和叶片中的积累量不同引起的!叶片中清除
R
!
K
!
的关键酶是
LIM
!而根组织中则是
CKH

重金属胁迫下!植物叶片失绿是一种普遍现象!
而失绿主要是细胞叶绿素含量下降的表现!因此叶
绿素含量的变化在一定程度上能够反映植物受毒害
的程度+!,,本研究中!香蒲叶绿素含量随着
CD
!E
浓度的升高呈现先上升后下降的趋势这表明!在
较低浓度
CD
!E胁迫下!香蒲叶中的叶绿素含量应激
性地升高!表现出一定的
R>Y6A/./
效应+!+,&高浓度
CD
!E胁迫导致叶绿素含量下降!其主要原因可能是
CD
!E积累抑制叶绿素合成过程所必需的原叶绿素
还原酶"
Z
Y>V>=W8>Y>
Z
W
9
8.BAYAB<=V7/A
#活性!并减
少氨基酮戊二酸"
76.0>87AX<8.0.=7=.B
#的合成+!&,!
或是
CD
!E能直接破坏叶绿体结构和干扰植物对矿
质元素的吸收和转移+!4,
1<
ZZ
AY
等+%",研究表明!
CD
!E可以直接取代叶绿素分子中的
G
?
!E
!破坏叶
绿素分子结构!从而抑制其生理功能叶绿体结构
的破坏可以从本实验的电镜照片中证实!在较低浓
度"
*$"66>8
)
F
#
#的
CD
!E胁迫下!叶绿体结构
已出现损伤!表现为叶绿体膨胀!被膜出现破损&当
胁迫浓度升高至
!*""66>8
)
F
#时!叶绿体的损伤
加剧!其内部的基质和基粒已变得模糊不清!叶绿体
膨胀程度和被膜的破损程度加剧因此!叶绿素含
量的下降与叶绿体结构遭到破坏有直接关系+%#,
细胞是生物结构和功能的基本单位植物在长
期的演化过程中形成了与环境相适应的精细超微结
构!作为其进行正常生理代谢的基础在逆境下!细
胞结构的改变是植物一系列生理活动综合反应的细
胞学基础+%!,通过对
CD
!E胁迫下的香蒲细胞超微
结构的观察发现!随着
CD
!E胁迫浓度的升高!香蒲
根和叶细胞的膜系统损伤逐渐加重!低浓度"
"*$"
66>8
)
F
#
CD
!E
#胁迫时!最初表现为叶绿体开始
膨胀!线粒体内腔出现轻度空泡化!叶绿体和线粒体
被膜局部破裂&高浓度"
#*""

!*""66>8
)
F
#
CD
!E
#胁迫时!叶绿体膨胀加剧!类囊体已解体!线
粒体内腔高度空泡化!且细胞核膜出现破裂!核仁消
失!染色质出现凝集
CD
!E胁迫对香蒲细胞中叶绿
体(线粒体和细胞核的结构造成不可逆的损伤+%%,!
影响了正常的代谢过程中的各种酶活性!破坏了各
项正常生命活动的有序进行
综上所述!不同浓度的外源
CD
!E处理引起
CD
在香蒲叶和根中大量积累"主要富集在根部#!
CD

身磁催化的特殊功效+%),引起的氧化胁迫导致膜系
统的损伤!叶片光合色素含量下降!抗氧化酶系统
"
JKH
(
LIM
(
CKH
#紊乱!细胞超微结构破坏!致使
香蒲生理代谢失衡并导致其最终衰亡在本研究的
基础上!今后的工作应结合分子生物学技术!通过高
通量转录组学测序分析!从基因与蛋白水平筛选香
蒲抵抗
CD
!E胁迫的抗性基因!并通过
CD
!E对代谢
途径的影响!研究
CD
!E胁迫的作用机理!为深入探
讨香蒲在重金属污染修复中的应用提供理论依据
参考文献!
+
#
,
!
C5TL5TJ
!
FIgJ5TC3
!
533JJH
!
)+%,*MWA6>8A=<87Y
Z
W
9
/.>8>
?9
>UWA7X
9
6AV78VY70/
Z
>YV.0VWA]0
%
LBW
9Z
AY7==<6<87V>Y!$,%-
#
(
9%)2,)-9)*-
+
2
,
*>%+(&*%,:9%4?9()*9)-
!
"""
!
DE
"
4
#$
)4$,)4,"*
+
!
,
!
RPIThRh
"黄化刚#!
FSMO
"李廷轩#!
QIThO5
"杨肖娥#!
)+%,*gA/A7Y=W7BX70=A/.0
Z
870V8A7BV>8AY70=A70BBAV>;.U.=7V.>06A=W7(
0./6
+
2
,
*1$(*0@0:
##
,0A9&,0
"应用生态学报#!
""4
!
&F
"
%
#$
,4,+")
"
.0LW.0A/A
#
*
+
%
,
!
孙铁珩!周启星!李培军
*
污染生态学+
G
,
*
北京$科学出版社!
""#*
+
)
,
!
RITQF
"韩玉林#
*5UUA=V/>UCD70BT7L8>0VWA
?
Y>[VW70B
Z
W
9
/.>8>
?
.=78YA/
Z
>0/A>UB(-$%,&
#
$(,%
+
2
,
*:9+%C&+0C&)%,0;D99(4)*+0
?(**
"西北植物学报#!
""&
!
&G
"
&
#$
#,)4#,$%
"
.0LW.0A/A
#
*
+
$
,
!
Q5]RR
"叶志鸿#!
LR5Th]R
"陈桂珠#!
FITLRQ
"蓝崇钰#!
)+%,*5UUA=V>UVYA7V.0
?
CD
%
]06.0A[7/VA[7VAY[.VW!
"#
$%,%+(
.
&,(%
Z
0
Z
>0B/
9
/VA6
+
2
,
*1$(*0@0:
##
,0A9&,0
"应用生态学报#!
#44!
!
?
"
!
#$
#4"#4)
"
.0LW.0A/A
#
*
+
,
,
!
FSQF
!
FSPQh
!
FSP2F
!
)+%,*5UUA=V/>U5HMI>0FA7B<
Z
V7:AD
9
!
"#
$%&()*+%,(-CYA/8
$
70A[8A7B(7==<6<87V.0
?
/
Z
A=.A/.0J>LW.07
+
2
,
*CA*8(&*1&*+%3!&<
!
""&
!
G=
"
#
#$
%,)#*
+,
!
李合生
*
植物生理生化实验原理和技术+
G
,
*
北京$高等教育出版社!
"""*
+
&
,
!
R5IMRgF
!
CIL15gF*CW>V>
Z
AY>;.B7V.>0.0./>87VAB=W8>Y>
Z
87/V/
$
S*:.0AV.=/70B/V>.=W.>6AVY
9
>UU7VV
9
7=.B
Z
AY>;.B7V.>0
+
2
,
*:9$
C(&9$)30C(&
#
$
"
-*
!
#4,&
!
=&A
"
#
#$
#&4#4&*
+
4
,
!
JM5iIgMggL
!
35iF5Q2H*F.
Z
.B
Z
AY>;.B7V.>07//>=.7VAB[.VW7==A8AY7VAB7
?
.0
?
>U/>
9
DA707;A/
+
2
,
*/,%*+/$
"
-(&,*
!
#4&"
!
HA
"
!
#$
!)$!)&*
%!"!
#"
期 徐义昆!等$香蒲对不同浓度
CD
!E胁迫的生理应答及其细胞超微结构变化
+#"
,
!
GI5RSQIL*C870V
Z
AY>;.B7/A
+
2
,
*E)+$&4A*6
"
3&,
!
#4$$
!$
&"#&#%*
+
##
,
!
1IgJM5TP
!
fgIT1FSTFI
!
FPTSTh1
!
)+%,*T7V8AVY7B.7V.>070B
Z
W>V>/
9
0VWAV.=78
9
7=V.XAY7B.7V.>0.0B<=AU>Y67V.>0
>U6
9
=>/
Z
>Y.0A(8.:A76.0>7=.B/.0VWA67Y.0A67=Y>78
?
71$&*42-9(-
#
2-
"
gW>B>
Z
W
9
V7
#+
2
,
*/,%*+%
!
#44&
!
&FA
"
!
#$
!$+!,!*
+
#!
,
!
3I15gI2G
!
iIF15gCF*5=>
Z
W
9
/.>8>
?9
>UGAV78P
Z
V7:AD
9
M>8AY70VC70V/
+
G
,%%
.0
$
JRIiI2
"
5B*
#!
RA7X
9
GAV78M>8AY70=A
.0C870V/*5X>807Y
9
I/
Z
A=V/*3>=7g7V>0fF
$
LgLCYA//
!
#4&4
$
#$$#++*
+
#%
,
!
hPCMIH1
!
TSLKFKJKfM
!
JLR5MSTh5gGgL
!
)+%,*I0V.>;.B70VBAUA0/A6A=W70./6.0W
9
BY>
Z
>0.=78
9?
Y>[0F)%3%
"
-/AAB(
8.0
?
/<0BAY6>BAY7VA8A7B/VYA//
+
2
,
*@07%6%4E%+)*
!
""4
!
=E&
"
#
#$
)+4)&)*
+
#)
,
!
段文芳
*
镉胁迫下红树植物桐花树和红海榄生理生化特性的研究+
H
,
*
桂林$广西师范大学!
""&*
+
#$
,
!
GIFIgJ
!
cS1gIGJJ
!
fIcIJC2L
!
)+%,*FA7BWA7X
9
6AV78V>;.=.V
9
.0B<=AB=W70
?
A/>0
?
Y>[VW70B70V.>;.B7V.XAA0@
9
6A/8AXA8.0
[7VAYW
9
7=.0VW/
+
A(9$$&*(%9%--(
#
)-
"
G7YV*
#,+
2
,
*C&+0?+240
!
"#)
!
$$
$
)*
+
#,
,
!
JPTQ3
!
]RKPNO
!
i70
?
F
!
)+%,*L7B6.<6V>8AY70=A70B7==<6<87V.>0=W7Y7=VAY./V.=/>UC(4)*-
#
(,&-%F*7/7
Z
>VA0V.78LB(W
9Z
AY7=(
=<6<87V>Y
+
2
,
*@07%6%4E%+)
!
""4
!
=H=
"
!%
#$
&"&&#)*
+
#+
,
!
QIT]]
!
FSO]
!
LR5T2
!
)+%,*L>6D.0ABV>;.=.V
9
>U=7B6.<670B=>
ZZ
AY.0:8(9)**(%3%(*%/AAB8.0
?
/70BVWAYA
?
<87V.>0>UA;>
?
A(
0>-
7/6>0.=7=.B
+
2
,
*A9&+&.
)
!
"#$
!
##%
$
#!)#%!*
+
#&
,
!
2KT5Jh2
!
TSLRKFJCH
!
2KRTJg3
!
)+%,*MWAAUUA=V>U6AY=9
70B=7B6.<6>0VWAU7VV
9
7=.B70B/VAY>8=>6
Z
>/.V.>0>UVWA67Y.0A
B.7V>6:-+)(&*),,%
=
,%9(%,(-
+
2
,
*/$
"
+&9$)3(-+
"
!
#4&+
!
&H
"
$
#$
#%)%#%)&*
+
#4
,
!
hPCMIG
!
JSTRIJ
!
LRITHgIC*L>
ZZ
AY(.0B<=ABV>;.=.V
9
.07
j
<7V.=67=Y>
Z
W
9
VA
!
7
"
4(,,%8)+(9(,,%+%
$
AUUA=V>U
Z
R
+
2
,
*A9&+&<(;
9&,&
="
!
#44,
!
A
"
#
#$
!%%%*
+
!"
,
!
HRSg3
!
JRIgGSFIC
!
JIgIHRSCC*R
9
BY>
Z
W
9
VA/87=:
Z
>VA0V.78V>A;W.D.V=7B6.<6/VYA//.0B<=ABA0W70=A6A0V.08.
Z
.B
Z
AY>;.B7(
V.>070B7==<6<87V.>0>U
Z
Y>8.0A
+
2
,
*:
G
2%+0!&<(9&,*
!
"")
!
HH
"
!
#$
#)##)+*
+
!#
,
!
OPOQ
!
JRShO
!
iITh2
!
)+%,*L>
ZZ
AY(.0B<=AB>;.B7V.XA/VYA//.078VAY070VWAY7
Z
W.8>;AY>.BA/=78+
2
,
*/,%*+1),,!(--0D
=
*
!
!"##
!
=FH
"
!
#$
!)%!$#*
+
!!
,
!
LRgSJ3
!
GIgLcR
!
HSg1S*J<
Z
AY>;.BAB./68AY70=A
+
2
,
*:**0H)80/,%*+/$
"
-(&,0/,%*+E&,0C(&,*
!
#44!
!
@&
"
#
#$
&%##,*
+
!%
,
!
hPJGIThJ
!
KFSc5SgI2I
!
fIgT5J5fJ
!
)+%,*G.0AY780070BA0@
9
67V.=7B7
Z
V7V.>0.0B<=ABD
9
7Y/A07VA70B7Y/A0.VAA;
Z
>(
/Z
870V/
+
2
,
*/,%*+/$
"
-(&,0C(&9$*
!
"#%
!
+#
$
%"+%#)*
+
!)
,
!
f5LRM(LRgSJMKff5gJG G
!
RKgJM i2*H>A/7
Z
>
Z
87/V.=7/=>YD.=7=.BA0W70=A670
?
70A/AV>8AY70=A>UI(
=
*%2*
=
2(92,%+%70B
/$%-)&,2-82,
=
%(-
- +
2
,
*@/,%*+>2+?&(,?9
!
""$
!
=HG
"
)
#$
4"$44*
+
!$
,
!
FSHN
"李冬琴#!
LR5Th1
"陈桂葵#
]R5ThR
"郑
!
海#!
)+%,*5UUA=V/>U=7B6.<6>0
?
Y>[VW70B70V.>;.B70VA0@
9
6A7=V.X.V.A/>UV[>
:.B0A
9
DA70
"
/$%-)&,2-82,
=
%(-F*
#
=<8V.X7Y/
+
2
,
*@0:
=
&;A*8(&*?9(0
"农业环境科学学报#!
"#$
!
?@
"
!
#$
!!#!!,
"
.0LW.0A/A
#
*
+
!,
,
!
FS]R]R
"李铮铮#!
iP2
"伍
!
钧#!
MIThQ
"唐
!
亚#!
)+%,*5UUA=V>UCD
!
]070BVWA.Y.0VAY7=V.>0/>0VWA=W8>Y>
Z
W
9
8=>0VA0V70B70(
V.>;.B70VA0@
9
6A/
9
/VA6/>U7&2++2
"
*(%9&4%+%MW<0D
+
2
,
*:9+%A9&,&
=
(9%?(*(9%
"生态学报#!
!""+
!
&E
"
#!
#$
$))#$)),
"
.0LW.(
0A/A
#
*
+
!+
,
!
FSP]RF
"刘周莉#!
R5OQ
"何兴元#!
LR5T i
"陈
!
玮#
*J&*(9)%
K
%
#
&*(9%MW<0D*
...
70A[8
9
B./=>XAYABLBW
9Z
AY(7==<6<87V>Y
+
2
,
*A9&,&
="
%*4A*8(&*3)*+%,?9()*9)-
"生态环境学报#!
"#%
!
&&
"
)
#$
,,,,+"
"
.0LW.0A/A
#
*
+
!&
,
!
CgIJIHHH1
!
CgIJIHIg1*5UUA=V>U8A7B70B6AY=9
>0=W8>Y>
Z
W
9
8/
9
0VWA/./.06<0
?
DA70/AAB8.0
?
/
+
2
,
*/$
"
+&9$)3(-+
"
!
#4&+
!
&H
"
)
#$
&&#&&%*
+
!4
,
!
王焕校
*
污染生态学基础 +
G
,
*
昆明$云南大学出版社!
#44"
$
+##)&*
+
%"
,
!
1PCC5gR
!
1PCC5gf
!
JCSFF5g G*50X.Y>06A0V78YA8AX70=A>UWA7X
9
6AV78(/Y>
Z
W
9
8/?
VWAA;76
Z
8A>U[7VAY
Z
870V/
+
2
,
*@0A<
#
0C&+0
!
#44,
!
@E
"
!
#$
!$4!,,*
+
%#
,
!
]RIThFF
"张乐乐#!
JRShO
"施国新#!
iITh2
"王
!
娟#!
)+%,*M>;.=>U=WY>6.<6
"
LY
,E
#
>0VWA=78U:,+)*%*+$)%
#
$(,&<);
&(4)-
+
2
,
*L2($%(%
"广西植物#!
"##
!
?=
"
%
#$
%++%&!
"
.0LW.0A/A
#
*
+
%!
,
!
FSHR
"李大辉#
*5UUA=V/>U8A7B
Z
>807=V.X.V.A/>U/<
Z
AY>;.BAB./6!
Z
AY>;.B7/A70B<8VY7/VY<=VU!%
#
%M(;
9&*(-/AAB8.0
?
/
+
2
,
*1$(*%A*8(&*3)*+%,?9()*9)
"中国环境科学#!
""4
!
&D
"
!
#$
#%,#)#
"
.0LW.0A/A
#
*
+
%%
,
!
HSThLRO
"丁春霞#!
JRShO
"施国新#!
OPNJ
"徐勤松#!
)+%,*CW
9
/.>8>
?
.=7870B/VY<=VZ
>0/A/>U7
"
$&9$%(-42M(%8A7XA/V>
B.UUAYA0V=>0=A0VY7V.>0/>UCD
!E
/VYA//
+
2
,
*L2($%(%
"广西植物#!
""4
!
&D
"
,
#$
+,&++%
"
.0LW.0A/A
#
*
+
%)
,
!

!

*
铅胁迫下茶树根细胞壁多糖的响应机制初探 +
H
,
*
杭州$浙江大学!
"#)*
)!"!
西
!

!

!

!

!

%$

!!
图版
$!
CD
!E胁迫下香蒲叶片和根部细胞亚显微结构的变化
Li*
细胞壁&
LC*
叶绿体&
G.*
线粒体&
T*
细胞核&
c*
液泡&
SJ*
细胞间隙
#
"
$*
叶片细胞亚显微结构$
#*
对照叶绿体(线粒体
b!4$"
&
!*"*$"66>8
)
F
#
CD
!E处理!线粒体出现轻度空泡化
b%4""
&
%*"*$"66>8
)
F
#
CD
!E处理!叶绿体膨胀变形!叶绿体和线粒体被膜均出现破损
b!4$"
&
)*!*""66>8
)
F
#
CD
!E处理!叶绿体基质和基粒结构被破坏
b
%4""
&
$*!*""66>8
)
F
#
CD
!E处理!核膜破损(核仁消失(染色质凝集
b&4""

,
"
4*
根部细胞亚显微结构$
,*
对照组线粒体(液泡(细胞核(
核仁
b!!""
&
+*"*$"66>8
)
F
#
CD
!E处理!线粒体轻度的空泡化(被膜破裂
b$!""
&
*#*""66>8
)
F
#
CD
!E处理!核膜破损(核仁消失
b
!4$"
&
4*!*""66>8
)
F
#
CD
!E处理!线粒体高度空泡化!核内染色质凝集
b!!""

$+.40
$!
J/=>
Z
.=/VY<=VU8A7U70BY>>V=A8/>U!
"#
$%&()*+%,(-CYA/8<0BAYCD
!E
/VYA//
Li*LA8[78
&
LC*LW8>Y>
Z
87/V
&
G.*G.V>=W>0BY.>0
&
T*T<=8A&
c*c7=<>8A
&
SJ*S0VAY=A8<87Y/
Z
7=A
f.
?
*#$*J/=>
Z
.=/VY<=VU8A7U=A8/
$
f.
?
*#*MWA=W8>Y>
Z
87/V70B6.V>=W>0BY.7.0=>0VY>8b!4$"
&
f.
?
*!*G.8BX7=<>87V.>0>U6.(
V>=W>0BY.7
"
*$"66>8
)
F
#
CD
!E
#
b%4""
&
f.
?
*%*LW8>Y>
Z
87/V/[A8AB70BB./V>YVAB
!
6A6DY70A/>U=W8>Y>
Z
87/V/70B6.V>=W>0BY.7B767
?
AB
"
*$"66>8
)
F
#
CD
!E
#
b!4$"
&
f.
?
*)*JVY<=VU=W8>Y>
Z
87/V/VY>6770B
?
Y70<6[AYADY>:A0
"
!*""66>8
)
F
#
CD
!E
#
b%4""
&
f.
?
*$*
T<=8A7Y6A6DY70AB767
?
AB
!
0<=8A>8ZZ
A7YAB
!
=WY>67V.0=>0BA0/AB
"
!*""66>8
)
F
#
CD
!E
#
b&4""
&
f.
?
*,4*J/=>
Z
.=/VY<=V>UY>>V=A8/
$
f.
?
*,*G.V>=W>0BY.7
!
X7=<>8A/
!
0<=8A.
!
0<=8A>8..0=>0VY>8b!!""
&
f.
?
*+*G.V>=W>0BY.7/W>[AB6.8BX7=<>8.@7V.>070B6A6DY70A
B767
?
AB
"
*$"66>8
)
F
#
CD
!E
#
b$!""
&
f.
?
*&*T<=8A7Y6A6DY70AB767
?
AB
!
0<=8A>8ZZ
A7YAB
"
#*""66>8
)
F
#
CD
!E
#
b!4$"
&
f.
?
*4*G.V>=W>0BY.77
ZZ
A7YABW.
?
WBA
?
YAA>UX7=<>87V.>0
!
=WY>67V.0B./7
ZZ
A7YAB
"
!*""66>8
)
F
#
CD
!E
#
b!!""*
!编辑"裴阿卫#
$!"!
#"
期 徐义昆!等$香蒲对不同浓度
CD
!E胁迫的生理应答及其细胞超微结构变化