海州香薷Cu耐性與積累機(jī)制研究.pdf

1、耐性/超積累植物重金屬耐性與積累機(jī)制是土壤重金屬污染及其修復(fù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)研究。各國(guó)學(xué)者針對(duì)不同植物種類和不同重金屬污染物，從生態(tài)學(xué)、植物生理學(xué)、分子生物學(xué)等角度開(kāi)展了廣泛探討。本文根據(jù)前人研究成果，以Cu耐性植物海州香薷為研究對(duì)象、重金屬Cu為目標(biāo)污染物，深入分析了海州香薷Cu耐性和積累機(jī)制。另外，本文在方法學(xué)方面獲得一定突破，成功建立了生物軟組織LA-ICP-MS定量成像分析法。研究成果主要包括： 明確了海州香薷細(xì)胞壁特

2、別是根細(xì)胞壁對(duì)Cu吸附固定的分子機(jī)制。海州香薷細(xì)胞壁對(duì)Cu具有較強(qiáng)的吸附能力，且根細(xì)胞壁比地上部細(xì)胞壁對(duì)Cu具有更高的親和力，能夠吸附更多的Cu。Fischer酯化反應(yīng)、氨基甲基化反應(yīng)等表明，細(xì)胞壁上羧基、氨基和羥基是Cu的主要結(jié)合位點(diǎn)，這些位點(diǎn)存在于纖維素、木質(zhì)素中，而果膠質(zhì)則對(duì)Cu的吸附貢獻(xiàn)不大。同步輻射X射線吸收光譜研究表明，細(xì)胞壁結(jié)合Cu的分子形態(tài)類似于Cu-組氨酸、Cu-草酸和水合態(tài)Cu2+。 發(fā)現(xiàn)游離組氨酸和半胱氨酸

3、在Cu耐性和積累中的作用。Cu脅迫引起了海州香薷根系中谷氨酸和蘇氨酸含量顯著下降，是根系游離氨基酸總量的下降的主要原因。但是，Cu脅迫顯著提高了海州香薷根、莖和葉中游離組氨酸和半胱氨酸的合成，它們的含量分別與Cu處理濃度和組織中Cu含量成顯著正相關(guān)關(guān)系。特別是莖中組氨酸含量在高濃度Cu脅迫后升高12倍，推測(cè)其可能參與了Cu從根系向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。組氨酸是海州香薷根、莖、葉中Cu的一個(gè)重要配體，參與Cu的螯合解毒。 發(fā)現(xiàn)Cu脅迫后海

4、州香薷根系產(chǎn)生的含Cu蛋白。采用SDS-PAGE和雙向電泳技術(shù)，對(duì)Cu脅迫后海州香薷根系蛋白進(jìn)行分離，發(fā)現(xiàn)Cu脅迫使得根系中的12個(gè)蛋白點(diǎn)出現(xiàn)或上調(diào)，17個(gè)蛋白點(diǎn)消失或下調(diào)。采用LA-ICP-MS掃描凝膠電泳分離的蛋白點(diǎn)(或條帶)，用107Ag+作為內(nèi)標(biāo)，能夠清晰表征蛋白點(diǎn)的分布和相對(duì)含量；發(fā)現(xiàn)Cu脅迫后產(chǎn)生的含Cu蛋白，以及一些含Zn蛋白；其他元素如Mg、K、Mn、P、S等在凝膠上的分布也予以表征。這些Cu含量較高的蛋白可能是對(duì)Cu脅

5、迫的響應(yīng)，參與Cu的螯合，對(duì)海州香薷Cu耐性和積累起著積極的作用。 成功建立LA-ICP-MS對(duì)生物軟組織中元素分布定位的定量成像技術(shù)，構(gòu)建了新的定量化策略，該技術(shù)能夠清晰表征海州香薷葉片中Cu、K、Mg、Mn、P、S、B等元素的分布定位。通過(guò)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)參比物質(zhì)，各元素的分布成像能夠?qū)崿F(xiàn)定量化；另外，采用13C+作為內(nèi)標(biāo)，以校正水分及樣品不均一性對(duì)離子強(qiáng)度的影響，本研究發(fā)展了成像LA-ICP-MS技術(shù)的定量化過(guò)程，并使之成為