海州香薷Cu耐性與積累機制研究.pdf

1、耐性/超積累植物重金屬耐性與積累機制是土壤重金屬污染及其修復領域的一項重要基礎研究。各國學者針對不同植物種類和不同重金屬污染物，從生態(tài)學、植物生理學、分子生物學等角度開展了廣泛探討。本文根據前人研究成果，以Cu耐性植物海州香薷為研究對象、重金屬Cu為目標污染物，深入分析了海州香薷Cu耐性和積累機制。另外，本文在方法學方面獲得一定突破，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： 明確了海州香薷細胞壁特

2、別是根細胞壁對Cu吸附固定的分子機制。海州香薷細胞壁對Cu具有較強的吸附能力，且根細胞壁比地上部細胞壁對Cu具有更高的親和力，能夠吸附更多的Cu。Fischer酯化反應、氨基甲基化反應等表明，細胞壁上羧基、氨基和羥基是Cu的主要結合位點，這些位點存在于纖維素、木質素中，而果膠質則對Cu的吸附貢獻不大。同步輻射X射線吸收光譜研究表明，細胞壁結合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含量成顯著正相關關系。特別是莖中組氨酸含量在高濃度Cu脅迫后升高12倍，推測其可能參與了Cu從根系向地上部的轉運。組氨酸是海州香薷根、莖、葉中Cu的一個重要配體，參與Cu的螯合解毒。 發(fā)現(xiàn)Cu脅迫后海

4、州香薷根系產生的含Cu蛋白。采用SDS-PAGE和雙向電泳技術，對Cu脅迫后海州香薷根系蛋白進行分離，發(fā)現(xiàn)Cu脅迫使得根系中的12個蛋白點出現(xiàn)或上調，17個蛋白點消失或下調。采用LA-ICP-MS掃描凝膠電泳分離的蛋白點(或條帶)，用107Ag+作為內標，能夠清晰表征蛋白點的分布和相對含量；發(fā)現(xiàn)Cu脅迫后產生的含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Cu脅

5、迫的響應，參與Cu的螯合，對海州香薷Cu耐性和積累起著積極的作用。 成功建立LA-ICP-MS對生物軟組織中元素分布定位的定量成像技術，構建了新的定量化策略，該技術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。通過構建實驗室標準參比物質，各元素的分布成像能夠實現(xiàn)定量化；另外，采用13C+作為內標，以校正水分及樣品不均一性對離子強度的影響，本研究發(fā)展了成像LA-ICP-MS技術的定量化過程，并使之成為