外源水杨酸缓解镉对水稻毒害的生理机制

论文摘要

采用一系列水培试验研究了浸种和外施水杨酸（SA）对镉（Cd）胁迫下水稻（嘉花1号）种子萌发、生长、离子吸收、光合作用、抗氧化系统、Cd在根中的亚细胞分布以及在分根试验中对水稻蒸腾作用、Cd的运移累积的影响。主要研究结果如下。一、SA浸种对Cd胁迫下水稻种子萌发和幼苗生长的影响0.5mMSA浸种和25μMCd处理均显著提高了水稻种子的发芽率，而1.0mMSA和50μMCd处理则显著降低了种子的发芽率。在种子发芽第3至4天时低浓度SA或Cd处理显著提高了种子的发芽势，而在7天时，发芽势显著降低。0.5mMSA浸种缓解了50μMCd对苗期水稻地上部生长的抑制作用。而在分蘖期时，0.5mM及1.0mM浓度SA浸种对Cd胁迫下水稻生物量均无明显影响。二、Cd胁迫下外源SA预处理对水稻元素吸收的影响水稻分蘖期时，10μM SA预处理缓解了Cd对水稻生长的抑制，而100μM SA则进一步抑制了水稻的生长。Cd显著降低了水稻根部K、P浓度，对Ca、S浓度无明显影响。Cd胁迫下，10μMSA显著提高了根部P、S浓度，但进一步降低了根中K浓度。100μM SA预处理显著降低了地上部K浓度及根部Ca浓度。不同浓度SA预处理并没有降低Cd在根部及地上部的累积。说明SA预处理缓解了Cd对生长的抑制可能是增加水稻对Cd的耐性的结果三、外源SA对Cd在水稻根部亚细胞分布的影响单独10μM SA预处理和单独50μM Cd处理均不同程度的提高了水稻根部细胞壁的含量，苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）活性，H2O2、木质素以及非蛋白巯基（NPT）含量。SA预处理没有影响Cd在细胞壁的分布，也降低Cd进入细胞的量。但SA降低了Cd胁迫诱导的H2O2累积和丙二醛（MDA）升高，说明SA缓解了Cd对水稻根部造成的氧化伤害。四、外源SA缓解Cd对水稻根部氧化损伤的机理50μM Cd处理6天内，水稻根部超氧化物岐化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）以及过氧化物酶活性及根系活力显著下降；而H2O2、MDA、抗坏血酸（AsA）、谷光苷肽（GSH）以及NPT的含量显著上升。10μM SA预处理在第6天时显著缓解了Cd对水稻根部生长以及对SOD、CAT和POD酶活性的抑制，并且与单独Cd处理相比，Cd胁迫下SA显著地提高了水稻根部AsA，GSH和NPT含量及根系活力，减轻了根部H2O2的累积及其造成的膜脂过氧化伤害。五、Cd胁迫下外源SA对水稻光合作用的影响Cd处理使水稻叶片净光合速率（Pn）下降，气孔导度（Gs）及蒸腾速率（Tr）降低，而使细胞间隙CO2浓度（Ci）在Cd处理1天时下降，处理后期上升。SA预处理缓解了Cd对水稻Pn、Gs、Tr、及叶绿素含量及叶绿素a／b的抑制。六、分根试验条件下外源SA调控水稻响应Cd胁迫的机制分根处理中受Cd胁迫根部的Cd浓度、Cd的吸收速率、生长抑制程度、H2O2水平以及细胞死亡程度均高于全根处理，而未受Cd胁迫根的生长速率显著高于对照。分根处理下Cd由胁迫根运移至非胁迫根中，并从非胁迫根端释放到外界环境中。分根处理中受Cd胁迫根对P的吸收速率低于全根Cd处理。分根Cd处理水稻蒸腾速率高于全根Cd处理。随着Cd胁迫时间的延长，无论是分根Cd处理还是全根Cd处理，其受Cd胁迫根部中的SOD、POD以及CAT酶活性显著下降，而这3种酶在未受胁迫根中则上升趋势。Cd胁迫使水稻根部及地上部GSH和NPT含量增加。分根条件下SA预处理与未SA预处理相比，缓解了Cd对水稻生长的抑制作用，提高了蒸腾速率，以及向非胁迫根部位Cd的迁移量。但这种缓解作用不是由于抑制了水稻对Cd的吸收，是可能是与其提高水稻体内抗氧化系统活性进一步促进水稻体内NPT的合成量减轻Cd毒害有关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.植物Cd毒理及植物对Cd的响应
• 1.1 植物对Cd的吸收、运输及分配
• 1.2 Cd的植物毒性
• 1.2.1 Cd对植物生长发育的影响
• 1.2.2 Cd对植物水分代谢的影响
• 1.2.3 Cd对植物光合作用的影响
• 1.2.4 Cd对植物离子吸收的影响
• 1.2.5 Cd对植物的氧化伤害
• 2O₂积累'>1.2.5.1 GSH迅速消减、H₂O₂积累
• 1.2.5.2 抗氧化酶活性变化
• 1.2.5.3 膜脂过氧化
• 1.2.5.4 Cd作用于细胞氧化还原系统的可能机理假设
• 1.3 Cd胁迫下植物的抗性机制
• 1.3.1 与细胞壁结合
• 1.3.2 络和解毒机制
• 1.3.3 排外和富集
• 1.4 Cd的剂量效应
• 2.SA在植物抗逆中的作用
• 2.1 SA的一般性质及在植物体内的代谢
• 2.2 SA在协助植物抗生物胁迫中的作用
• 2.3 SA在协助植物抗非生物胁迫中的作用
• 2.3.1 在抗盐性方面
• 2.3.2 在抗旱性方面
• 2.3.3 在抗冷性方面
• 2.3.4 在抗热性方面
• 2.3.5 在抗臭氧胁迫方面
• 2.3.6 在抗紫外辐射方面
• 2.3.7 在抗重金属胁迫方面
• 2O₂介导的SA提高植物的抗环境胁迫能力'>2.4 H₂O₂介导的SA提高植物的抗环境胁迫能力
• 3.试验思路
• 4 技术路线
• 5.参考文献
• 第二章 SA浸种对Cd胁迫下水稻种子萌发和幼苗生长的影响
• 摘要
• 1.引言
• 2.材料与方法
• 2.1 萌发试验
• 2.2 生长试验
• 2.3 数据分析
• 3.结果与分析
• 3.1 SA浸种对Cd胁迫下水稻种子萌发的影响
• 3.2 SA浸种对Cd胁迫下水稻幼苗生长的影响
• 4.讨论
• 5.参考文献
• 第三章 Cd胁迫下外源SA对水稻光合作用的影响
• 摘要
• 1.引言
• 2.材料与方法
• 1.水稻植株培养
• 2.叶绿素含量的测定
• 3.数据分析
• 3.结果与分析
• 4.讨论
• 5.参考文献
• 第四章 Cd胁迫下外源SA预处理对水稻吸收养分的影响
• 摘要
• 1.引言
• 2.材料与方法
• 2.1 水稻植株培养及处理
• 2.2 元素分析
• 2.3 数据分析
• 3.结果与分析
• 3.1 SA预处理对Cd胁迫下水稻根部及地上部干物重的影响
• 3.2 SA预处理对Cd胁迫下水稻K、Ca、P和S含量影响
• 3.3 SA预处理对水稻Cd吸收和分配影响
• 4.讨论
• 5.参考文献
• 第五章 外源SA对Cd在水稻根部亚细胞分布的影响
• 摘要
• 1.前言
• 2.材料与方法
• 2.1 水稻植株培养及处理
• 2.2 水稻根部细胞壁和可溶性组分的分离
• 2.3 Cd在细胞壁和可溶性组分中的测定
• 2.4 各项生理指标测定
• 2.5 数据分析
• 3.结果与分析
• 3.1 SA预处理对水稻根细胞壁木质素含量和Cd亚细胞分布的影响
• 2O₂及MDA的影响'>3.2 SA与Cd处理对水稻根部NPT、H₂O₂及MDA的影响
• 4.讨论
• 5.参考文献
• 第六章 外源SA缓解Cd对水稻根部氧化损伤的机理
• 摘要
• 1.前言
• 2.材料与方法
• 2.1 水稻植株培养
• 2.2 各项生理指标的测定方法
• 2.3 数据分析
• 3.结果与分析
• 3.1 SA预处理对Cd胁迫下水稻根部氧化伤害的影响
• 3.2 Cd胁迫下SA预处理对水稻根部抗氧化系统的影响
• 3.3 Cd胁迫下SA预处理对水稻根系活力的影响
• 4.讨论
• 5.参考文献
• 第七章 分根条件下外源SA调控水稻响应Cd胁迫的机制
• 摘要
• 1.引言
• 2.材料与方法
• 2.1 水稻植株培养及处理
• 2.2 各项指标的测定
• 2.3 数据分析
• 3.结果与分析
• 3.1 分根条件下SA与Cd处理对水稻生长和细胞死亡程度影响
• 3.2 分根条件下SA与Cd处理对水稻抗氧化系统的影响
• 3.3 分根条件下SA与Cd处理对水稻Cd、P吸收运移的影响
• 4.讨论
• 5.参考文献
• 第八章 综合讨论
• 第九章 全文总结与展望
• 本论文创新之处
• 论文及发表情况
• 致谢