超富集植物長柔毛委陵菜和滇苦菜對鎘的吸收、轉(zhuǎn)運及分布機制研究.pdf

1、礦山開采、金屬冶煉、汽車尾氣排放和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等活動，使土壤重金屬污染越來越嚴重，已成為深受全球關(guān)注的環(huán)境問題。利用高等植物尤其是超富集植物修復(fù)土壤重金屬污染的技術(shù)，以其原位、費用低、環(huán)境友好、無二次污染等優(yōu)點受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，而深入了解超富集植物對重金屬耐性和富集的生理機制則是該技術(shù)能夠成功應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提。近年來，國內(nèi)外研究者以鋅(Zn)/鎘(Cd)超富集植物Thlaspi caerulescens和Arabidopsis hall

2、eri為材料，對超富集植物的金屬耐性和富集機理研究已取得不少進展。但由于超富集植物對重金屬的吸收、轉(zhuǎn)運、富集和耐受能力存在著品種間和重金屬間的較大差異，有關(guān)重金屬的超富集機理尤其是對Cd的超富集機理尚不十分明確。
　　 本文以超富集植物長柔毛委陵菜和滇苦菜為材料，研究了兩種植物對Cd的耐性和富集能力以及吸收轉(zhuǎn)運途徑，重點通過電子顯微鏡技術(shù)、X-射線能譜技術(shù)、組織化學(xué)技術(shù)、熒光探針技術(shù)等手段研究了Cd和Zn在組織水平、細胞水平及亞

3、細胞水平的分布情況，并利用熒光探針技術(shù)從細胞水平研究了滇苦菜對Cd的耐性和動態(tài)吸收過程。主要研究結(jié)論如下：
　　 (1)通過野外調(diào)查、水培、土培等實驗研究了Zn超富集植物長柔毛委陵菜對Cd的耐性和富集能力，結(jié)果表明長柔毛委陵菜無論在自然條件下還是在溶液培養(yǎng)和土壤培養(yǎng)條件下，對Cd都有很強的耐性和富集能力，是一種潛在的多金屬超富集植物。重點通過水培試驗研究了溫度、共存二價金屬離子及代謝抑制劑對Cd吸收的影響，結(jié)果表明長柔毛委陵菜對

4、Cd的吸收在短時間內(nèi)以質(zhì)外體結(jié)合尤其是細胞壁沉淀為主，而在此后的吸收則是需要載體和代謝能量的主動過程；Cd進入長柔毛委陵菜根細胞的跨膜吸收可能是通過Ca通道和Fe載體進行，而在木質(zhì)部裝載過程中則可能與Zn共用同一載體且存在協(xié)同關(guān)系。
　　 (2)通過電子顯微鏡技術(shù)、X-射線能譜技術(shù)、組織化學(xué)技術(shù)、熒光探針技術(shù)等手段研究了Cd和Zn在組織水平、細胞水平及亞細胞水平的分布情況。結(jié)果表明，長柔毛委陵菜和滇苦菜根部的Cd和Zn主要分布在

5、表皮、皮層、內(nèi)皮層、木質(zhì)部薄壁細胞及導(dǎo)管等部位，而且主要存在于質(zhì)外體，尤其是細胞壁中。在長柔毛委陵菜葉片中，當重金屬Cd和Zn的處理濃度在植物耐受范圍內(nèi)(Zn≤160mg L-1、Cd≤20mg L-1)時，Cd和Zn表現(xiàn)出相似的空間分布特征，即優(yōu)先富集在生理活性較弱的維管束鞘細胞、上下表皮細胞以及表皮附屬物如腺毛等部位，同時也傾向于隨葉脈水分運輸至葉緣富集起來。但是，當重金屬的處理濃度超出長柔毛委陵菜的耐受范圍(Cd=40mg L-1

6、處理)后，除了表皮細胞和維管束鞘外，大量的Cd進入葉肉細胞，而這可能也正是引起植物毒性的直接原因。在亞細胞水平，葉片中的Cd和Zn主要分布在液泡中，包括上下表皮細胞、維管束鞘細胞，甚至是高濃度處理下葉肉細胞，而在細胞壁中則很少，細胞質(zhì)中也未發(fā)現(xiàn)。滇苦菜葉片中Cd的分布與長柔毛委陵菜類似。
　　 (3)通過酶解法分離得到了滇苦菜的葉肉原生質(zhì)體，并利用熒光探針技術(shù)研究了原生質(zhì)體對Cd的耐性以及實時動態(tài)吸收過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)滇苦菜對Cd的