镉对酿酒酵母及植物的损伤机制研究

论文摘要

镉（Cd）是主要的环境污染物之一，研究其损伤机制从而为防治提供理论依据尤为重要。本文以酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），玉米（Zea mays Linn，郑单958）及水稻（Oryza sativa L，郑稻18）为实验材料，研究了Cd胁迫的损伤机制。结果表明，Cd胁迫可引起酿酒酵母ROS含量增加，细胞活性降低，死亡率增加，生长受到抑制，以上变化均具有浓度依赖性。Cd胁迫同时可导致酿酒胞内超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、过氧化氢酶（catalase, CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase, GP）活性降低，还原型谷胱甘肽（reduced glutathione，GSH）含量下降，脂质过氧化产物MDA含量增加。外源抗氧化剂NAC（N-acetylcysteine, N-乙酰半胱氨酸）能够降低Cd胁迫导致的酵母细胞ROS及MDA含量增加、增强细胞活性，降低死亡率，提高胞内SOD、CAT、GP活性及GSH含量，降低MDA含量。表明Cd通过诱导ROS过量产生，引起抗氧化系统防御能力下降，导致氧化胁迫，从而造成酵母细胞损伤，生长受抑甚至死亡，而NAC可通过提高抗氧化酶活性，清除过量ROS，减轻Cd胁迫引起的损伤。在水稻和玉米中的研究表明中，Cd胁迫降低玉米、水稻发芽率并抑制二者早期生长；导致玉米及水稻体内O2·-及MDA含量减少，玉米中H2O2含量降低，水稻中H2O2含量无明显变化；玉米体内NADPH氧化酶活性降低，水稻体内NADPH氧化酶活性升高。外源O2·-能减轻Cd胁迫对水稻早期生长的抑制作用，减轻Cd对玉米根部生长的抑制作用，但对发芽率无恢复作用。表明Cd通过减少O2·-含量，导致玉米、水稻早期生长受抑，但二者导致O2·-下降的机制不同：在玉米中主要通过降低NADPH氧化酶活性减少其产生，而在水稻中则可能通过增加清除能力而降低ROS含量。以上结果说明，Cd在酿酒酵母细胞中主要通过诱导ROS增加，引起氧化胁迫，造成细胞损伤，生长减缓；而在植物中则主要通过减少O2·-含量抑制早期生长，但对萌发的抑制则可能另有原因，有待于进一步研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 镉污染现状
• 1.2 镉的毒害作用
• 1.3 活性氧
• 1.3.1 活性氧的种类和来源
• 1.3.2 ROS 对生物分子的损伤
• 1.3.3 生物体内 ROS 防御系统
• 1.3.3.1 生物体自身的抗氧化酶系统
• 1.3.3.2 常见抗氧化剂
• 1.3.4 植物中 ROS 的作用
• 1.4 ROS 来源—NADPH 氧化酶
• 1.4.1 NADPH 氧化酶的结构
• 1.4.2 NADPH 氧化酶的功能
• 1.4.3 重金属胁迫与 NADPH 氧化酶
• 1.5 研究内容及目的、意义
• 第二章 Cd 对酿酒酵母损伤机制的研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 培养基配制
• 2.1.3 生长情况检测
• 2.1.4 菌体收集及细胞破壁
• 2.1.5 蛋白质含量测定
• 2.1.6 ROS 含量检测
• 2.1.7 细胞活性测定
• 2.1.8 SOD 活性检测
• 2.1.9 CAT 活性检测
• 2.1.10 GP 活性检测
• 2.1.11 GSH 含量测定
• 2.1.12 MDA 含量测定
• 2.2 数据处理
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 不同浓度 Cd 对酿酒酵母生长的影响
• 2.3.2 不同浓度 Cd 对酿酒酵母细胞活性的影响
• 2.3.3 不同浓度 Cd 对酿酒酵母 ROS 含量的影响
• 2.3.4 Cd 胁迫对酿酒酵母主要抗氧化酶活性的影响
• 2.3.5 Cd 胁迫对酿酒酵母 GSH 含量的影响
• 2.3.6 Cd 胁迫对酿酒酵母 MDA 含量的影响
• 2.3.7 NAC 对酿酒酵母细胞生长的影响
• 2.3.8 NAC 对 Cd 胁迫酿酒酵母细胞活性的影响
• 2.3.9 NAC 对 Cd 胁迫酿酒酵母 ROS 含量的影响
• 2.3.10 NAC 对 Cd 胁迫酿酒酵母主要抗氧化酶活性的影响
• 2.3.11 NAC 对 Cd 胁迫酿酒酵母 GSH 含量的影响
• 2.3.12 NAC 对 Cd 胁迫酿酒酵母 MDA 含量的影响
• 2.4 讨论
• 2.4.1 Cd 胁迫引起氧化胁迫，抑制酵母细胞生长
• 2.4.2 Cd 胁迫损伤酿酒酵母抗氧化酶系统
• 2.4.3 NAC 通过保护抗氧化酶系统提高酿酒酵母细胞活性
• 第三章 Cd 对玉米、水稻损伤机制的研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 材料培养与处理
• 3.1.3 指标测定
• 3.1.3.1 NADPH 氧化酶活性测定
• 3.1.3.2 羟氨还原法测定超氧阴离子含量
• 3.1.3.3 超氧阴离子原位染色
• 2O₂含量测定'>3.1.3.4 H₂O₂含量测定
• 2O₂组织染色'>3.1.3.5 H₂O₂组织染色
• 3.1.3.6 MDA 含量测定
• 3.1.4 数据处理
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 Cd 胁迫对玉米、水稻种子萌发及早期发育的影响
• 3.2.2 Cd 胁迫对玉米、水稻种子体内 ROS 含量及相关指标的影响
• 2·-对 Cd 胁迫萌发玉米、水稻早期发育的影响'>3.2.3 外源 O₂·-对 Cd 胁迫萌发玉米、水稻早期发育的影响
• 2.-对 Cd 胁迫玉米、水稻种子体内 ROS 含量及相关指标的影响'>3.2.4 外源 O₂.-对 Cd 胁迫玉米、水稻种子体内 ROS 含量及相关指标的影响
• 3.3 讨论
• 2·-含量降低是 Cd 胁迫抑制玉米水稻早期发育的主要原因'>3.3.1 O₂·-含量降低是 Cd 胁迫抑制玉米水稻早期发育的主要原因
• 2.-含量降低的机制不同'>3.3.2 Cd 胁迫导致玉米和水稻 O₂.-含量降低的机制不同
• 3.3.3 MDA 可能有利于植物早期发育
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历