超积累植物商陆吸收累积锰机理研究

论文摘要

商陆（Phytolacca acinosa Roxb.）是在中国境内发现的锰超积累草本植物。本论文以锰超积累植物商陆为研究对象,采用溶液培养和吸收抑制剂实验探讨了其对锰超积累能力、吸收过程及吸收机理;利用化学分析、凝胶过滤层析、液相色谱（HLPC）、同步辐射XAFS等技术从器官、组织、细胞不同水平研究锰在商陆体内的分布特征和结合形态,阐明了锰在商陆体内的区室化分布及与有机物的结合是商陆超累积解毒锰的主要机制;并结合生理生化指标分析探索了商陆对锰的生理响应机制。本研究为锰毒土壤上的植物遗传改良以及其他超积累植物机理的研究提供一定的理论和科学依据。通过研究取得了以下主要结果: 商陆具有高累积锰的能力,其叶中的锰含量远远高于茎和根中的锰含量;水培条件下,2000μM Mn处理下其叶片锰含量可高达10,036mg/kgDW而无明显受害症状;低锰浓度处理下,商陆仍具有很高的吸收累积能力。解偶联剂2,4—二硝基苯酚（DNP）和P—型ATP酶抑制剂Na3VO4对商陆锰吸收有一定的抑制作用,表明商陆对锰的吸收可能存在主动吸收。钙离子通道抑制剂LaCl3对商陆锰吸收有抑制作用,说明商陆锰吸收与钙离子通道密切相关。 商陆超累积锰的主要器官是叶片,不同叶龄的叶片锰浓度不同,成熟叶片锰浓度高于老叶和新叶;同一叶片内,叶边缘锰含量最高,其次是叶中部,叶脉锰含量最低;锰在商陆体内的这种分配方式主要是受蒸腾作用调控。停止外部锰供应后,商陆新长出的叶片无论锰浓度还是锰含量都极低,而老叶中的锰含量则继续增加,老叶中继续增加的锰主要来源于根部锰的向上转移。 组织水平上,锰在根横截面中维管束柱含量最高,其次为表皮;茎中锰在维管束柱含量最高;叶的横截面上,表皮锰含量高于叶肉,且上表皮含量高于下表皮。从细胞水平上看,商陆根细胞壁中的锰含量占总锰的19-59%,细胞质可溶性部分含量为33-66%;茎中可溶性锰含量为总锰的59-81%;叶中有74-82%的锰贮存在液泡中,叶细胞壁中锰含量占总锰的15-20%,叶细胞器中锰分配率最少,只占总锰的2.7-3.4%。商陆根茎维管束中的高锰含量及高可溶性含量有利于锰向地上部分转移并积累在叶片中;锰在商陆叶片非活性代谢部分（液泡和细胞壁）的积累是其超累积解毒锰的主要机制之一。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1 锰在土壤—植物系统中的行为特征
• 1.1 土壤中锰的含量及来源
• 1.1.1 土壤中锰的含量
• 1.1.2 土壤中锰的来源
• 1.2 土壤中锰的形态及生物有效性
• 1.3 锰对植物的毒害作用及机理
• 1.3.1 植物锰中毒的症状表现
• 1.3.2 养分平衡及其机理
• 1.3.3 活性氧损伤机理
• 1.3.4 对叶绿素和光合作用的影响
• 2 植物对重金属累积和解毒机制
• 2.1 根系吸收
• 2.2 向地上部运输
• 2.3 超累积和解毒机理
• 2.3.1 区域化分布
• 2.3.2 重金属的形态特征
• 2.3.2.1 有机化合物的螯合作用
• 2.3.2.2 价态变化
• 2.3.3 酶系统的作用
• 2.3.4 合成胁迫蛋白
• 2.3.5 产生胁迫乙烯
• 3 论文立题依据和研究内容
• 3.1 立题依据
• 3.2 研究内容
• 3.3 技术路线
• 参考文献
• 第二章 超积累植物商陆对锰的吸收
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 植物培养
• 2.2 实验处理
• 2.2.1 不同浓度锰处理下商陆累积锰的特性
• 2.2.2 吸收抑制剂和离子通道抑制剂对商陆根系吸收锰的影响
• 2.3 样品分析
• 2.4 统计分析
• 3 结果分析
• 3.1 不同浓度锰处理下商陆对锰的吸收和累积
• 3.1.1 不同浓度锰处理对商陆生长的影响
• 3.1.2 不同浓度锰处理下商陆对锰的累积
• 3.1.3 低锰浓度处理下商陆累积锰的特性
• 3.2 不同浓度锰处理下商陆体内其他元素的累积特征
• 3.2.1 不同浓度锰处理下商陆体内P、K、Ca、Mg的含量
• 3.2.2 不同浓度锰处理下商陆体内Cu、Zn、Fe的含量
• 3.3 商陆对锰的吸收机理探讨
• 3.3.1 代谢抑制剂对商陆锰吸收的影响
• 3.3.2 离子通道抑制剂对商陆锰吸收的影响
• 4 讨论
• 5 小结
• 参考文献
• 第三章 超积累植物商陆体内锰的分布特征
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 植物培养
• 2.2 实验处理
• 2.2.1 锰在商陆器官水平的分布和移动性
• 2.2.2 商陆组织中的元素微区分布特性
• 2.2.3 锰在商陆根、茎、叶的亚细胞分配
• 2.3 统计分析
• 3 结果分析
• 3.1 锰在商陆器官水平的分配和移动性
• 3.1.1 锰在商陆器官水平的分配
• 3.1.2 锰在商陆体内的移动性
• 3.2 锰在商陆组织水平的分布及与其他元素的相关性
• 3.2.1 锰在商陆各器官的组织微区分布特征
• 3.2.2 锰和其他元素在商陆组织中的微区分布的关系
• 3.3 锰在商陆亚细胞水平的分配
• 4 讨论
• 5 小结
• 参考文献
• 第四章 超积累植物商陆体内锰的形态分析
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 植物培养
• 2.2 实验处理
• 2.2.1 Mn的化学结合形态分析
• 2.2.2 凝胶过滤层析
• 2.2.3 氨基酸有机酸分析
• 2.2.4 XAFS技术的运用
• 3 结果分析
• 3.1 Mn在商陆体内的化学结合形态
• 3.2 商陆叶片Mn形态的凝胶过滤色谱分析
• 3.3 商陆叶片中氨基酸和有机酸的积累
• 3.4 锰形态的紫外-可见光谱（UV-VIS）分析
• 3.5 锰形态的XAFS光谱分析
• 4 讨论
• 5 小结
• 参考文献
• 第五章 超积累植物商陆细胞壁对锰的吸附特性研究
• 1 引言
• 2 材料方法
• 2.1 植物培养
• 2.2 细胞壁的提取
• 2.3 细胞壁吸附锰实验
• 2.3.1 不同pH对吸附的影响
• 2.3.2 等温吸收曲线测定
• 2.4 红外光谱测定
• 2.5 X-射线吸收光谱（XAFS）测定
• 3 结果分析
• 3.1 细胞壁的吸附
• 3.1.1 pH对细胞壁吸附锰的影响
• 3.1.2 不同浓度锰对细胞壁吸附能力的影响
• 3.2 FTIR红外光谱分析
• 3.3 XAFS光谱分析
• 4 讨论
• 5 小结
• 参考文献
• 第六章 超积累植物商陆对锰的生理生化响应
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 植物培养与实验处理
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 叶绿素含量测定
• 2.2.2 质膜相对透性
• 2.2.3 丙二醛（MDA）含量的测定
• 2.2.4 可溶性蛋白含量的测定
• 2.2.5 抗氧化酶活性的测定
• 2.2.6 自由基的检测
• 3 结果分析
• 3.1 不同浓度锰处理对叶片光合色素含量的影响
• 3.2 不同锰处理浓度对叶片细胞膜的影响
• 3.3 不同锰处理浓度对叶片可溶性蛋白含量的影响
• 3.4 不同锰处理浓度对叶片抗氧化酶的影响
• 3.5 不同锰处理浓度对叶片自由基的影响
• 4 讨论
• 5 小结
• 参考文献
• 第七章 主要研究结论和研究展望
• 1 主要研究结论
• 2 创新点
• 3 研究展望
• 图表索引
• Index of figures and tables
• 致谢
• 攻读博士期间发表及撰写的文章