外源多胺對菱、水花生和菹草銅、鎳脅迫的緩解效應(yīng)及機理初步研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,土壤和水體中的重金屬污染日趨嚴重。尤其是人類在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的殺蟲劑和任意排放未經(jīng)過處理的工業(yè)廢水,以及礦業(yè)的發(fā)展,導(dǎo)致水體污染的問題尤為嚴重。因此,植物對重金屬毒害的抗性機理以及提高植物抗重金屬脅迫能力的探索研究越來越引起人們的關(guān)注。多胺(Pas)是真核生物體內(nèi)普遍存在的一類小分子聚陽離子,是普遍存在的一類脂肪族含氮堿,是調(diào)控植物生長、發(fā)育的重要活性物質(zhì)。有關(guān)Pas與植物抗性的研究今年已經(jīng)不少,然而關(guān)于重金屬對水生

2、植物體內(nèi)Pas含量影響以及外源Pas緩解水生植物重金屬脅迫的研究報道并不多見。本文以分布廣泛的浮水植物——菱、挺水植物——水花生和沉水植物——菹草為研究對象,以植物兼具營養(yǎng)及毒性的金屬元素——Cu2+和植物必需金屬元素——Ni2+為脅迫因子,將水生植物培養(yǎng)在人工模擬的分別含有這兩種典型重金屬的污水中,系統(tǒng)研究了水生植物抗重金屬脅迫機理以及外源多胺(Pas)對水生植物重金屬脅迫的緩解效應(yīng)和機理。研究結(jié)果表明:
　　 (1)不同Cu

3、2+處理濃度(0、0.002、0.004、0.006、0.008 mmol·L-1)對菱脅迫5d后,葉綠素含量、Fv/Fo和Fv/Fm顯著下降,Fo顯著上升;活性氧(AOS)產(chǎn)生速率、丙二醛(MDA)含量、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性逐漸升高;超氧化物歧化酶(SOD)、游離脯氨酸(Pro)和可溶性糖含量顯著下降;抗壞血酸(AsA)、還原型谷胱甘肽(GSH)和谷胱甘肽還原酶(GR)含量呈先升

4、后降趨勢,且始終高于對照。電鏡觀察發(fā)現(xiàn),Cu2+對葉片細胞器的超微結(jié)構(gòu)特別是葉綠體,線粒體和細胞核造成嚴重損傷。
　　 (2)采用營養(yǎng)液水培的方法,研究了外源0.1 mmol·L-1亞精胺(Spd)和0.1mmol·L-1精胺(Spm)對0.1 mmol·L-1Ni2+脅迫下水花生葉片三種形態(tài)的Pas、抗氧化系統(tǒng)及營養(yǎng)元素吸收的影響。Ni2+脅迫使水花生葉片腐胺(Put)急劇積累,Spd和Spm顯著或極顯著下降,從而使(Spd+

5、Spm)/Put比值也隨之顯著或極顯著下降。外源Spd和Spm均可部分逆轉(zhuǎn)Ni2+誘導(dǎo)的三種形態(tài)Pas的變化,抑制Put的積累,緩解Sod和Spm的下降,從而提高了(Spd+Spin)/Put比值。同時,結(jié)合態(tài)多胺和束縛態(tài)多胺的變化和游離態(tài)多胺的相似,并且外源Spd和Spm緩解了Ni2+脅迫誘導(dǎo)的多胺氧化酶(PAO)的升高,刺激了二胺氧化酶(DAO)的增加。與單一Ni2+脅迫相比,外源Spd和Spm顯著或極顯著的提高了Pro含量并降低了

6、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量,從而緩解了Ni2+誘導(dǎo)的氧化脅迫。外源Spd和Spm顯著或極顯著緩解了Ni2+脅迫下的礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收平衡的紊亂。以上結(jié)果均說明了外施Spd和Spm增強了水花生對Ni2+脅迫的抗性,并在一定程度上緩解了Ni2+對水花生的毒害。
　　 (3)實驗研究了外施0.1 mmol·L-1亞精胺(Spd)對不同處理濃度Cu2+脅迫下菹草葉片葉綠素含量、抗氧化系統(tǒng)和活性氧(ROS)水平的影響。單一Cu2+處理

7、下,Chla、Chlb、Chl和可溶性蛋白均隨Cu2+脅迫的加重而不同程度的下降;外施Spd顯著或極顯著提高了它們的含量,延緩它們的下降速度。單一Cu2+處理組,O2·-產(chǎn)生速率逐漸加快,MDA、Pro和可溶性糖的含量也隨Cu2+處理濃度的增加而增加;外施Spd可顯著緩解O2·-產(chǎn)生速率、MDA、Pro和可溶性糖的增加。POD在Cu2+脅迫下一直呈上升趨勢;CAT活性在0.2 mg·L-1Cu2+處理下達到最大值,而后下降;而SOD在對

8、照組一直呈下降趨勢。外施Spd組可顯著或極顯著緩解上述抗氧化物質(zhì)的活性或抗氧化酶含量在重金屬脅迫下的非正常變化,從而降低ROS的產(chǎn)生速率,緩解了Cu2+誘導(dǎo)的氧化脅迫。
　　 綜上所述,外源多胺可以提高植物的抗氧化能力,保護細胞的各種生物膜和超微結(jié)構(gòu),阻止重金屬在植物體內(nèi)大量積累,維護各營養(yǎng)元素在細胞內(nèi)的平衡,緩解葉綠素和光合速率的下降速度,抑制呼吸速率的過度上升,從而緩解了水生植物的重金屬毒害。鑒于外源多胺含量與重金屬脅迫程度