重金属Cr6+和Cr3+对水花生愈伤组织的毒害机制研究

论文摘要

本文选用了广泛分布的挺水植物-水花生（Alternanthera philoxeroides）的愈伤组织作为实验材料,分别以这两种形态的铬离子作为胁迫因子,将水花生愈伤组织培养在人工模拟的分别含有这两种典型重金属的污水中,运用生理生化测定、透射电镜、DNA随机扩增、电泳等实验手段,较为系统地研究了水花生愈伤组织对重金属铬污染的反应机制。研究结果表明：（1）水花生愈伤组织培养最适条件为：将从野外采集的水花生置于大玻璃缸中,用自来水预培养2天后,待其抽出新枝,选取水花生幼嫩的茎段,在无菌条件下,接种于含有6-BA和NAA（6-BA/NAA=3 mg·L-1/0.2 mg·L-1）的1/2MS固体培养基上,放入光照培养室中,培养室温度为25℃,每天光照16小时,光照强度为1200-1500 lx,培养出水花生愈伤组织,选取呈青白色且生长致密的愈伤组织用于重金属毒害的实验材料。（2）不同处理浓度Cr6+（0,0.1、0.2、0.5、1.5 mmol·L-1）对水花生愈伤组织处理七天以后,随着Cr6+浓度的增加①总叶绿素（chl）、叶绿素a/b（chl a/b）和可溶性蛋白含量,均呈先升后降趋势；②超氧阴离子（O2-）和过氧化氢（H202）含量在0.1 mmol·L-1时应激性的增加,随后又呈先降后升趋势,但始终高于对照；③丙二醛（MDA）含量在实验范围内表现为先降后升,而可溶性糖含量随Cr6+浓度的升高逐渐升高；④超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的活性以及抗坏血酸（ASA）和谷胱甘肽（GSH）含量均表现先升后降；⑤电镜观察发现,Cr6+使叶绿体类囊体片层扭曲,被膜破损,有巨大淀粉粒存在；线粒体嵴突数目减少,空泡化；核仁松散、消失,染色质凝集；内质网以形成囊泡形式逐渐消失。可见,Cr6+胁迫破坏了水花生愈伤组织的正常生理生化活动,对其细胞超微结构造成了不可逆的损伤。（3）研究了不同浓度的（0、0.1、0.2、0.5、1.5 mmol·L-1）Cr6+处理对水花生（Alternanthera philoxeriodes）愈伤组织02-、可溶性蛋白含量及DNA损伤效应。选用了12个随机引物对水花生愈伤组织DNA进行RAPD扩增,扩增产物在含有溴化乙啶的1%琼脂糖凝胶电泳中进行电泳分离。结果表明：随着Cr6+胁迫浓度的增加,02-含量总体呈上升趋势,可溶性蛋白含量则相反；10条引物扩增出明显地条带,其中有三条引物的扩增产物在对照及处理组的条带数目或条带分布上有明显差异,表现为单条或多条RAPD带的缺失或增加,或条带荧光强度深浅的变化。因此,RAPD技术可以用于检测Cr6+对水花生愈伤组织DNA的损伤。（4）研究了不同处理浓度的Cr3+（0、0.1、0.2、0.5、1.5 mmol·L-1）对水花生愈伤组织H202含量,以及与过氧化氢清除相关的ASA、GSH含量,抗坏血酸过氧化物酶（APX）和谷胱甘肽还原酶（GR）、POD和CAT活性以及脯氨酸（Pro）含量的毒害影响。实验结果表明：随着Cr3+处理浓度的增加,①水花生愈伤组织中H202含量增加；②ASA和GSH含量在实验范围内均表现为先升后降；③APX和GR活性均先上升后下降,且都在0.5 mmol·L-1 Cr3+时达到最大值；④CAT活性表现为先升后降,而POD活性则是逐渐上升趋势；⑤Pro含量随着Cr3+胁迫浓度的增大呈单线上升趋势；⑥电镜观察显示：叶绿体类囊体片层扭曲排列紊乱,被膜破损；细胞核膜断裂、消失,核仁分散,核内容物散出；线粒体嵴突消失,空泡化。表明,重金属Cr3+造成植物体内活性氧代谢的紊乱,使活性氧大量积累,进而引起脂质过氧化作用,对植物造成伤害。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 前言与综述
• 1 水花生愈伤组织的培养
• 1.1 导致污染的因素及其应对措施
• 1.2 水花生愈伤组织培养条件及培养基的选择
• 2 重金属对植物的毒害机制
• 2.1 重金属对细胞超微结构的影响
• 2.2 重金属光合作用和呼吸作用的影响
• 2.3 重金属对活性氧和活性氧清除系统的影响
• 2.4 重金属对渗透性调节物质的影响
• 2.5 重金属的遗传毒害
• 3 随机扩增多态性DNA（RAPD）
• 3.1 RAPD技术原理
• 3.2 RAPD的优缺点
• 3.3 RAPD技术的应用领域
• 6+)对水花生愈伤组织的毒害效应'>第2章 铬(Cr⁶⁺)对水花生愈伤组织的毒害效应
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 供试材料
• 2.1.2 实验设计
• 2.1.3 生理指标测定
• 2.1.4 超微结构观察
• 2.1.5 统计分析
• 2.2 结果与分析
• 6+胁迫对水花生愈伤组织生长情况的影响'>2.2.1 不同浓度Cr⁶⁺胁迫对水花生愈伤组织生长情况的影响
• 6+胁迫对水花生愈伤组织细胞叶绿素含量和叶绿素a/b的影响'>2.2.2 不同浓度Cr⁶⁺胁迫对水花生愈伤组织细胞叶绿素含量和叶绿素a/b的影响
• 6+胁迫对水花生愈伤组织细胞O₂^-·、H₂O₂和MDA含量的影响'>2.2.3 不同浓度Cr⁶⁺胁迫对水花生愈伤组织细胞O₂^-·、H₂O₂和MDA含量的影响
• 6+胁迫对水花生愈伤组织细胞可溶性蛋白质和可溶性糖含量的影响'>2.2.4 不同浓度Cr⁶⁺胁迫对水花生愈伤组织细胞可溶性蛋白质和可溶性糖含量的影响
• 6+胁迫对水花生愈伤组织细胞SOD、POD和CAT活性的影响'>2.2.5 不同浓度Cr⁶⁺胁迫对水花生愈伤组织细胞SOD、POD和CAT活性的影响
• 6+胁迫对水花生愈伤组织细胞ASA和GSH含量的影响'>2.2.6 不同浓度Cr⁶⁺胁迫对水花生愈伤组织细胞ASA和GSH含量的影响
• 6+胁迫对水花生愈伤组织细胞超微结构的影响'>2.2.7 不同浓度Cr⁶⁺胁迫对水花生愈伤组织细胞超微结构的影响
• 2.3 讨论
• 6+处理下的水花生愈伤组织DNA损伤的RAPD分析'>第3章 Cr⁶⁺处理下的水花生愈伤组织DNA损伤的RAPD分析
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 供试材料
• 3.1.2 实验设计
• 2^-·）和可溶性蛋白含量的测定'>3.1.3 水花生愈伤组织超氧阴离子（O₂^-·）和可溶性蛋白含量的测定
• 3.1.4 水花生愈伤组织基因组的提取
• 3.1.5 RAPD实验试剂的配制
• 3.1.6 RAPD分析
• 3.1.7 PCR产物的鉴定
• 3.2 结果与分析
• 6+胁迫对水花生愈伤组织细胞O₂^-·和可溶性蛋白含量的影响'>3.2.1 Cr⁶⁺胁迫对水花生愈伤组织细胞O₂^-·和可溶性蛋白含量的影响
• 3.2.2 模板DNA的检测
• 3.2.3 RAPD扩增结果
• 3.3 讨论
• 3+)污染下水花生愈伤组织内与H₂O₂相关的应答反应'>第4章 铬(Cr³⁺)污染下水花生愈伤组织内与H₂O₂相关的应答反应
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 供试材料
• 4.1.2 实验设计
• 4.1.3 生理指标测定
• 4.1.4 统计分析
• 4.2 结果与分析
• 3+胁迫对水花生愈伤组织H₂O₂含量的影响'>4.2.1 Cr³⁺胁迫对水花生愈伤组织H₂O₂含量的影响
• 3+胁迫对水花生愈伤组织Pro含量的影响'>4.2.2 Cr³⁺胁迫对水花生愈伤组织Pro含量的影响
• 3+胁迫对水花生愈伤组织细胞CAT和POD活性的影响'>4.2.3 Cr³⁺胁迫对水花生愈伤组织细胞CAT和POD活性的影响
• 3+胁迫对水花生愈伤组织细胞ASA和GSH含量的影响'>4.2.4 Cr³⁺胁迫对水花生愈伤组织细胞ASA和GSH含量的影响
• 3+胁迫对水花生愈伤组织细胞APX和GR活性的影响'>4.2.5 Cr³⁺胁迫对水花生愈伤组织细胞APX和GR活性的影响
• 3+胁迫对水花生愈伤组织细胞叶绿体和线粒体结构的影响'>4.2.6 Cr³⁺胁迫对水花生愈伤组织细胞叶绿体和线粒体结构的影响
• 4.3 讨论
• 第5章 结论
• 参考文献
• 附录A 缩写
• 在读期间发表的学术论文及研究成果
• 致谢