Ce(Ⅲ)作用于辣根细胞的若干生物无机化学行为

论文摘要

稀土元素（REEs）具有优良的光、电、磁等特性,已被广泛应用于新能源、新材料、生物、信息、空间和海洋等高新科技领域。稀土也已被广泛应用于农业生产。稀土在各个领域的应用导致其在环境及生物体内富集,随食物链循环,影响食品安全、环境安全和人体健康。因此,急需对稀土生物学效应及其机理进行深入研究,尤其是从植物无机化学角度揭示稀土作用生物体的细胞学机理。本论文以出口经济植物辣根为研究对象；以细胞化学（细胞放射化学、细胞组织化学）与生物物理化学方法（显微观测技术、流式细胞仪、激光共聚焦显微技术、电化学、计算机模拟、膜片钳、配有X射线能谱的扫描电镜、X射线光电子能谱等多种谱学技术）的优化组合为研究手段,研究稀土铈离子（Ce（Ⅲ））作用于辣根细胞的若干生物无机化学行为。主要研究结果如下：（1）运用放射自显影技术观察了Ce（Ⅲ）在辣根细胞内的化学行为。低浓度Ce（Ⅲ）以纳米颗粒形式被锚定在质膜上,不进入细胞内部。高浓度Ce（Ⅲ）除分布于质膜上/中外,还可通过异常胞吞作用进入细胞内部,并在胞质内自组装成纳米球（80 nm～200 nm）。利用Gibiansky等人自主搭建的全内反射显微镜观察到低、高浓度Ce（Ⅲ）均能活化植物细胞胞吞作用。（2）利用膜片钳、非电活性离子检测方法、流式细胞仪和激光共聚焦显微镜手段研究发现,Ce（Ⅲ）可影响K+和Ca2+的细胞行为。表现为低浓度Ce（山）促进细胞内外K+和Ca2+迁移；高浓度Ce（Ⅲ）抑制胞内K+外流及促进胞外K+内流、胞内Ca2+外流和胞内Ca2+库释放,导致胞内Ca2+过载。同时,分子动力学模拟计算表明,Ce（Ⅲ）具有类Ca2+的性质,能够部分取代CaM中Ca。（3）Ce（Ⅲ）的细胞化学行为及K+和Ca2+细胞行为改变,诱发了一系列从胞外向胞内的细胞生物学和细胞化学的复杂响应。低浓度Ce（Ⅲ）增加细胞质膜外甘露糖基表达,改善质膜蛋白和不饱和脂肪酸含量,提高胞内营养元素和DNA含量,影响胞内抗氧化酶活性等,进而促进细胞生长发育。高浓度Ce（Ⅲ）抑制细胞质膜外甘露糖基表达,影响质膜蛋白和不饱和脂肪酸含量,降低胞内营养元素和DNA含量,提高胞内抗氧化酶活性,抑制细胞生长发育。（4）电镜放射自显影和X射线光电子能谱实验结果发现了Ce（Ⅲ）在植物体内的特殊细胞行为。高浓度Ce（Ⅲ）处理辣根后,在细胞胞质内自组装成含Ce（Ⅲ）纳米球有部分随细胞生理活动排出叶肉细胞,向茎和根动态迁移,最终迁移至土壤,其它含Ce（Ⅲ）纳米球被包埋在叶肉细胞内。低、高浓度Ce（Ⅲ）在植物细胞内能部分被氧化为Ce（Ⅳ）,并以Ce（Ⅲ）和Ce（Ⅳ）混合形式存在于植物细胞内。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 稀土元素简介及应用
• 1.2 稀土对植物的影响
• 1.2.1 稀土元素在植物体和细胞内的分布及状态
• 1.2.2 稀土元素对植物光合作用的影响
• 1.2.3 稀土元素对植物矿质营养代谢的影响
• 1.2.4 稀土元素与钙相关性
• 1.2.5 稀土元素对植物产量和品质的影响
• 1.3 辣根、原生质体及质膜离子通道
• 1.3.1 辣根
• 1.3.2 原生质体在生物无机化学中的应用
• 1.3.3 钾离子通道
• 1.3.4 钙离子通道
• 1.4 立题依据及主要研究内容
• 1.4.1 立题依据
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 研究方法
• 1.4.3.1 放射自显影技术
• 1.4.3.2 非电活性离子检测
• 1.4.3.3 分子动力学模拟计算
• 1.4.3.4 激光共聚焦显微技术
• 1.4.3.5 流式细胞术
• 1.5 研究意义
• 第2章 Ce（Ⅲ）在辣根细胞内的行为
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 试剂
• 2.2.3 仪器
• 2.2.4 辣根原生质体制备
• 2.2.5 放射自显影测定
• 2.2.6 Ce（Ⅲ）进入辣根细胞过程的体外动态观察
• 2.2.7 XPS元素价态分析
• 2.3 结果和讨论
• 2.3.1 低浓度稀土Ce（Ⅲ）在辣根细胞中的行为
• 2.3.2 高浓度稀土Ce（Ⅲ）在辣根细胞中的行为
• 2.3.2.1 Ce（Ⅲ）进入细胞的方式
• 2.3.2.2 Ce（Ⅲ）在辣根细胞内的行为
• 2.3.3 Ce（Ⅲ）进入辣根细胞的体外动态检测
• 2.3.4 Ce（Ⅲ）在辣根细胞中的价态分析
• 2.4 本章小结
• +和Ca²⁺细胞行为的影响'>第3章 Ce（Ⅲ）对辣根K⁺和Ca²⁺细胞行为的影响
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 试剂
• 3.2.3 仪器
• 3.2.4 膜片钳测定
• 3.2.5 非电活性离子检测
• 3.2.6 辣根原生质体制备
• 3.2.7 Fluo-3 AM荧光指示剂的低温装载
• 2+测定'>3.2.8 激光共聚焦显微镜对胞内游离Ca²⁺测定
• 2+的测定'>3.2.9 流式细胞仪对胞内游离Ca²⁺的测定
• 3.2.10 分子动力学模拟
• 3.3 结果与讨论
• +通道的影响'>3.3.1 Ce（Ⅲ）对辣根叶肉细胞K⁺通道的影响
• +浓度的影响'>3.3.2 Ce（Ⅲ）对辣根细胞溶液中K⁺浓度的影响
• +标准曲线的制备'>3.3.2.1 K⁺标准曲线的制备
• +浓度的影响'>3.3.2.2 Ce（Ⅲ）对辣根细胞表面K⁺浓度的影响
• 2+荧光强度的影响'>3.3.3 Ce（Ⅲ）对辣根细胞质中游离Ca²⁺荧光强度的影响
• 2+的影响'>3.3.4 流式细胞仪对辣根叶肉和根尖细胞内游离Ca²⁺的影响
• 2+浓度的影响'>3.3.5 Ce（Ⅲ）对辣根细胞表面Ca²⁺浓度的影响
• 2+标准曲线的制备'>3.3.5.1 Ca²⁺标准曲线的制备
• 2+浓度的影响'>3.3.5.2 Ce（Ⅲ）对辣根细胞表面Ca²⁺浓度的影响
• 3.3.6 Ce（Ⅲ）与钙的相互关系
• 3.4 本章小结
• 第4章 辣根细胞对Ce（Ⅲ）的响应
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 材料
• 4.2.2 试剂
• 4.2.3 仪器
• 4.2.4 辣根原生质体分离纯化
• 4.2.5 细胞表面糖基测定
• 4.2.6 扫描电镜（SEM）,X-EDS营养元素含量测定
• 4.2.7 原子力显微镜（AFM）测定
• 4.2.8 总类脂提取与脂肪酸组成分析
• 4.2.9 MDA含量测定
• 4.2.10 质膜透性测定
• 4.2.11 DNA含量测定
• 4.2.12 CAT活性测定
• 4.2.13 POD活性测定
• 4.2.14 超氧阴离子产生速率的测定
• 4.2.15 显微镜下细胞数目及尺寸分析
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 Ce（Ⅲ）对辣根细胞质膜上甘露糖基表达的影响
• 4.3.2 Ce（Ⅲ）对辣根细胞质膜蛋白形貌的影响
• 4.3.3 Ce（Ⅲ）对辣根叶片膜脂脂肪酸组成的影响
• 4.3.4 Ce（Ⅲ）对辣根细胞膜脂过氧化程度及质膜透性的影响
• 4.3.5 Ce（Ⅲ）对辣根细胞原生质体形貌的影响
• 4.3.6 Ce（Ⅲ）对辣根细胞内营养元素含量的影响
• 4.3.7 Ce（Ⅲ）对辣根细胞中DNA含量变化的影响
• 4.3.8 不同浓度Ce（Ⅲ）对辣根细胞CAT和POD活性的影响
• 4.3.9 不同浓度Ce（Ⅲ）对辣根细胞超氧阴离子产生速率的影响
• 4.3.10 Ce（Ⅲ）对辣根叶片细胞形态、数量及尺寸的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文与研究成果
• 致谢