無根萍生物學(xué)特性研究.pdf

1、無根萍屬(Wolffia)隸屬于浮萍科天南星目，是世界上最小的被子植物。該屬植物繁殖速度快；易于培養(yǎng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只具有一個(gè)雄蕊和一個(gè)雌蕊；自然狀態(tài)下通常為克隆繁殖，遺傳結(jié)構(gòu)高度一致，具備特定研究目的模式植物的特點(diǎn)，正在或已經(jīng)成為一些實(shí)驗(yàn)室研究光合作用、生物反應(yīng)器、毒理學(xué)、生態(tài)修復(fù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等的重要模式生物材料；同時(shí)還被作為建造航天生活倉(cāng)和地外生命支撐系統(tǒng)的首選植物。該屬植物蛋白含量高且氨基酸組分平衡，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值可與大豆相媲美。但該屬植物一

2、直是分類學(xué)界的疑難類群，不同的學(xué)者對(duì)該屬的分類處理比較混亂;其次，對(duì)該屬的生物地理研究也很不夠，尤其是對(duì)國(guó)產(chǎn)類群的研究；另外，W.globosa作為該屬中國(guó)分布的物種，其生理學(xué)特性和形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)育還缺乏研究。為此，本文通過matK基因測(cè)序、RAPD標(biāo)記等手段，結(jié)合野外和室內(nèi)的長(zhǎng)期觀測(cè)，對(duì)其分類和中國(guó)的地理分布以及生理學(xué)特性進(jìn)行了研究。針對(duì)浮萍科植物作為水生植物，其對(duì)重金屬和芳香烴衍生物的耐受逆境能力大小，和對(duì)淡水水體環(huán)境生態(tài)的指示作用。本

3、文研究了W.globosa具解毒功能的谷胱甘肽轉(zhuǎn)硫酶的活性；最后，探索了從黃鱔(MonpterusalbusZuiew)中分離純化GSTs的技術(shù)與方法并對(duì)maGST的部分特性進(jìn)行了研究。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.Wolffia系統(tǒng)分類學(xué)研究
　　 前人認(rèn)為，Wolffia柱頭的顏色是重要的分組、分種檢索性狀。我們對(duì)其長(zhǎng)期、活體、原位、實(shí)時(shí)跟蹤觀測(cè)結(jié)果表明，柱頭顏色是Wolffia個(gè)體發(fā)育上的變化過程，不是一個(gè)穩(wěn)定性狀

4、，用作Wolffiasubgroup內(nèi)組的劃分特征和種的鑒別特征是不適合的。在此基礎(chǔ)上我們重新修定了該屬的分種檢索表。利用形態(tài)分類學(xué)性狀——?dú)饪?、長(zhǎng)/寬、高/寬以及最大寬度在水面上還是水面下等性狀，認(rèn)為中國(guó)分布的類群應(yīng)是W.globosa，但亦有W.neglecta存在的證據(jù)。matK基因片段結(jié)果支持形態(tài)學(xué)的結(jié)論。通過廣泛的野外采集，在我國(guó)北京、河北和吉林發(fā)現(xiàn)Wolffia的新分布。
　　 2.中國(guó)Wolffia居群遺傳學(xué)研究<

5、br>　　 以RAPD分子標(biāo)記對(duì)廣泛分布的居群遺傳多樣性研究表明，無根萍屬植物主要以無性繁殖方式繁育，居群主要由單一克隆后代組成，如海河流域以及松花江流域居群；但一些居群亦兼有性繁殖方式，并具較高的遺傳多樣性，如武漢、海南居群。利用MVSP,Popgene和Ntsys等分析方法探討了中國(guó)產(chǎn)Wolffia居群遺傳多樣性和地理分布格局間關(guān)系。
　　 3.W.globosa的生理學(xué)研究
　　 建立了較為完善的W.globos

6、a的無菌培養(yǎng)和保存體系。W.globosa在逆境中，會(huì)形成休眠體；同時(shí)，發(fā)現(xiàn)不同居群甚至不同克隆系之間其抗逆性和生長(zhǎng)速度存在著顯著差異，差異最大的如海南文昌居群的生長(zhǎng)速率，是長(zhǎng)春居群的4.19倍；不同的時(shí)間統(tǒng)計(jì)生長(zhǎng)周期存在著不同結(jié)果，生長(zhǎng)節(jié)律每天有兩個(gè)生長(zhǎng)高峰呈雙“S”型；W.globosa的耐受溫度范圍和pH范圍廣；低濃度的IAA，GA，6-BA，EDDHA-Fe以及EDTA等物質(zhì)具有促進(jìn)W.globosa生長(zhǎng)的特性；但是，所有這些處

7、理均沒能促使W.globosa從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)入生殖生長(zhǎng)。
　　 4.W.globosa的解剖學(xué)研究
　　 W.globosa通常是進(jìn)行克隆繁殖，通過組織切片發(fā)現(xiàn)無性分枝子體還未伸出母株之前就已經(jīng)完成分化，與此同時(shí)分枝子體中又分化出新的子體，分枝呈聚傘狀，子體生長(zhǎng)方向彼此相對(duì)；另外，生殖生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的分化也是在母體中完成的；生殖生長(zhǎng)點(diǎn)與營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)點(diǎn)不是同一生長(zhǎng)點(diǎn)。
　　 5.浮萍科植物的毒理學(xué)研究
　　 以重金屬C

8、r3+和芳香烴衍生物CDNB溶液處理Wolffia，Spirodela和Lemna，三種水生生物，結(jié)果表明Wolffia比Spirodela，Lemna對(duì)重金屬和芳香烴衍生物有更強(qiáng)的抗逆能力，如在同等條件下對(duì)于Cr3+Wolffia的半致死劑量800GB(≈80mg/L)，而Spirodela和Lemna則分別為10mg/L；20mg/L;表明W.globosa是一個(gè)優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境修復(fù)植物。與此同時(shí)，研究了W.globosa中具有解毒功

9、能的GSTs粗酶液活力在不同濃度的重金屬離子(Cu2+和Cd2+)以及芳香烴衍生物(CDNB和NBD-Cl)隨處理時(shí)間的變化情況。
　　 6.從水生生物黃鱔MonpterusalbusZuiew中分離純化GSTs的研究
　　 GSTs活性的變化是環(huán)境監(jiān)測(cè)的一個(gè)Biomarker，為此研究從M.albus中分離純化GSTs的技術(shù)與方法。經(jīng)GSH親和層析純化的酶活力為粗酶液的207倍，進(jìn)而鑒定了maGST的部分特性。SDS-

10、PAGE電泳和MALDI-TOF/MS表明MaGST為同源二聚體，分子量約為52kDa，單亞基分子量約為26kDa。maGST酶動(dòng)力學(xué)表明對(duì)CDNB為13.07±0.37微摩爾每分鐘每毫克蛋白；對(duì)NBD-Cl為5.54±0.13微摩爾每分鐘每毫克蛋白；對(duì)ECA、4-NPA幾乎沒有活性。在GSH底物飽和，CDNB的Km值和Vmax分別為0.32mM和16.19微摩爾每分鐘每毫克蛋白；CDNB底物飽和，GSH的Km值和Vmax分別為0.44