煙草砷吸收、亞細(xì)胞分布及形態(tài)的基因型差異與磷酸鹽緩解砷毒害的機(jī)理研究.pdf

1、砷(As)是一種具有高毒性的類金屬。各種生產(chǎn)活動(dòng)，如化肥和農(nóng)藥等舍砷化合物的使用，促進(jìn)了砷在土壤中的積累。中國是全球最大的煙草生產(chǎn)國。為了緩解砷的不良效應(yīng)，篩選耐砷與低砷積累的煙草品種是一條重要途徑，從而保證在砷含量較高的土壤中仍能種植煙草。砷的積累和毒性在不同植物和同一種植物的不同器官或組織中有很大差異。因此，為明確砷毒害的基因型差異，有必要研究其形態(tài)和亞細(xì)胞分布。砷具有高度毒性，且對植物生長幾乎無任何益處，但砷酸(As5+)和磷酸（

2、PO43-）的化學(xué)性質(zhì)十分相似，兩者在吸收上存在拮抗效應(yīng)。本研究的目的在于:(1)了解三個(gè)煙草基因型對砷積累的差異;(2)研究砷積累差異顯著的兩種煙草基因型的砷亞細(xì)胞分布及形態(tài)，以明確砷積累基因型差異的機(jī)制;(3)研究對砷敏感性不同的煙草基因型間As5+和PO43-吸收機(jī)制的差異，以及外源PO43-對調(diào)控As5+吸收的作用。主要研究結(jié)果如下:
　　1.不同煙草基因型砷吸收和積累的差異
　　采用水培實(shí)驗(yàn)，研究砷耐性不同的三種煙

3、草基因型ZY90、Y85和FSMY對砷的響應(yīng)。煙草分別種在0、10、20、40和80微摩爾的含砷營養(yǎng)液中，處理48和96小時(shí)后收獲樣品。結(jié)果顯示，在砷處理下，植株地上部和地下部干物重均下降，且隨處理劑量和時(shí)間的增加而加重，其中ZY90在砷濃度為80微摩爾的條件下處理96小時(shí)的干物重減少最多。地上部和地下部干物重的減少趨勢為:ZY90＞Y85＞FSMY。與Y85和FSMY相此，ZY90在10、20和40微摩爾的砷處理下具有最高的砷含量;而

4、在砷濃度為80微摩爾時(shí)，F(xiàn)SMY的砷舍量最高。FSMY在兩種取樣時(shí)間中均具有最高的砷積累量，但干物質(zhì)減少最小;ZY90則與之相反，砷積累量最小，但干物質(zhì)減少最大。研究表明，雖然FSMY是耐砷基因型，但它在植物組織中積累有較多的砷，說明它對砷的耐性機(jī)理并不是通過限制砷的吸收，而是存在著其它機(jī)制。
　　2.砷敏感性不同的煙草基因型砷的亞細(xì)胞分布和形態(tài)
　　選用砷敏感性不同的兩個(gè)煙草基因型ZY90和FSMY，研究它們在水培條件下砷

5、的亞細(xì)胞分布。砷濃度為0、1、10和100微摩爾等4個(gè)處理，測定了細(xì)胞壁、質(zhì)體、細(xì)胞核、線粒體和可溶性胞質(zhì)這5個(gè)器官的砷舍量。結(jié)果表明，砷在根部主要在細(xì)胞壁，而在莖和葉中則主要在細(xì)胞壁和液泡中。砷的亞細(xì)胞分布和化學(xué)形態(tài)存在著顯著的基因型差異;與FSMY相此，砷敏感基因型ZY90在質(zhì)體、細(xì)胞核和線粒體中舍有較高的砷，而在細(xì)胞壁和可溶性胞質(zhì)中較少。采用液相色譜-感應(yīng)耦合等離子體-質(zhì)譜技術(shù)(LC-ICP-MS)分析了砷的形態(tài)，結(jié)果表明，煙草中

6、大部分砷以AS3+形式存在，很少或幾乎沒有AS5+。本研究煙草中僅存在無機(jī)砷，而無有機(jī)砷，說明植物中無砷的甲基化作用。另外，發(fā)現(xiàn)ZY90此FSMY含有較多的AS3+。本研究結(jié)果證明，植物對砷的敏感性不僅僅決定于砷的積累量，還決定于砷在亞細(xì)胞中的分布與其形態(tài)。
　　3.砷耐性不同的煙草基因型中磷酸對砷的吸收和毒性緩解作用
　　利用水培方法，研究了砷耐性不同的兩種煙草基因型（ZY90和FSMY）中磷酸(PO43-)對砷酸(As5

7、+)吸收的影響。試驗(yàn)設(shè)9個(gè)處理組合，由0、10、100微摩爾的As5+濃度和0、50、500微摩爾的PO43-而成。結(jié)果表明，砷脅迫下，ZY90與FSMY相比，葉片光合參數(shù)、地下部和地上部干物重及和營養(yǎng)元素含量等減少更多。施加500微摩爾外源PO43-顯著抑制ZY90和FSMY對As5+（100微摩爾）的吸收，F(xiàn)SMY表現(xiàn)尤其明顯。植物吸收大量PO43-顯著降低As5+的攝入，使光合強(qiáng)度和養(yǎng)分吸收增加。另外，添加磷酸增加超氧化物歧化酶(