蕨类植物铁芒萁（Dicranopteris dichotoma）体内稀土元素的分布及其光合特性的研究

论文题目: 蕨类植物铁芒萁（Dicranopteris dichotoma）体内稀土元素的分布及其光合特性的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 植物学

作者: 王立丰

导师: 匡廷云,李良璧

关键词: 电子传递,富集吸收,黄瓜,铁芒萁,细胞定位,稀土元素

文献来源: 中国科学院研究生院（植物研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 为了阐明蕨类植物铁芒萁（Dicranopteris dichotoma Bernh.）体内稀土元素的分布及其光合特性,采用电感耦合等离子质谱分析了中国江西省龙南县轻、重稀土矿区和非矿区铁芒萁植物体内的稀土元素含量,并采用透射电子显微镜对其叶片细胞内的稀土元素进行精确定位。还比较系统的研究了自然条件下的铁芒萁与高浓度稀土元素处理条件下的非稀土元素富集植物黄瓜（Cucumis sativus Linn）的光合特性。结果表明: 1、0.5 mmol·L-1LaCl3处理黄瓜后,可以诱导激发能向PS II分配。1和2 mmol·L-1LaCl3处理黄瓜后,对黄瓜幼苗抑制作用表现在对其生长率,光合放氧活性和叶绿体完整率的抑制。这是由于LaCl3对黄瓜细胞结构和叶绿体膜结构的破坏所致。其表现为对类囊体膜结构的破坏,而导致PS II光合活性下降,并最终抑制黄瓜生长。2、铁芒萁可以富集稀土元素,轻、重稀土矿区铁芒萁植物稀土元素的分布规律为叶片>根>土壤>茎>叶柄,非矿区铁芒萁植物稀土元素的分布规律为叶片>根>茎>叶柄。稀土元素在铁芒萁体内的运输和迁移过程中,发生了明显的分异作用,茎、叶柄、叶片中的重稀土相对贫乏,叶片中可以富集高浓度的轻稀土元素。3、稀土元素可以进入完整的铁芒萁表皮细胞和叶肉细胞中,但多以沉淀的形式聚集在一起。非矿区铁芒萁叶绿体中的稀土元素含量约占其叶片中含量的5%。轻稀土矿区铁芒萁叶绿体中的稀土元素含量约占其叶片中含量的10%。部分稀土元素定位于富含PS II的基粒片层上。4、铁芒萁富集稀土元素受环境和遗传特性的双重影响,但主要由其自身的生理、生化特性决定。其富集稀土元素的机制是隔离稀土元素在细胞壁、液泡中和分泌结合物质使稀土元素成为沉淀沉积下来,从而避免对光合活性的破坏。5、与非矿区铁芒萁相比,轻稀土矿区植物叶绿体膜的全链电子传递速率增加了34.9%,PS II的电子传递活性增高了252.9%,PS I的电子传递活性增加了16.8%。轻稀土矿区铁芒萁全链电子传递活性的增加主要来自PS II电子传递活性的大幅提高,这可能与其调节激发能更多向PS II分配,提高PS II反应中心色素蛋白复合体（67.0%）和捕光色素蛋白复合体的含量相关。

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研究的创新点

第一章 前言

1.1 稀土元素的组成、性质和功能

1.2 稀土元素的分布

1.3 稀土元素对植物生理功能的作用

1.3.1 稀土元素对植物生长的促进作用

1.3.1.1 提高植物对逆境的抗性

1.3.1.2 对离子和质膜透性的影响

1.3.1.3 对光合作用的促进作用

1.3.1.4 铈和钕的作用

1.3.2 稀土元素的抑制效应

1.4 稀土元素对植物的作用机理

1.5 稀土叶绿素研究进展

1.5.1 稀土叶绿素的结构

1.5.2 稀土叶绿素的活性

1.6 稀土元素细胞定位研究进展

1.7 稀土元素富集植物铁芒萁的研究进展

1.8 本文研究的目的和意义

第二章 材料与方法

2.1 植物材料

2.1.1 铁芒萁

2.1.2 取样区概况

2.1.3 黄瓜

2.2 测定方法

2.2.1 叶绿素,β-胡萝卜素和叶黄素循环色素的分析测定

2.2.1.1 叶片叶绿素和β-胡萝卜素的测定

2.2.1.2 叶黄素及其他类胡萝卜素的高效液相色谱测定

2.2.1.2.1 色素提取和准备

2.2.1.2.2 色素的反相 HPLC 分析

2.2.2 叶绿体的制备和吸收光谱的测定

2.2.3 类囊体膜的分离

2.2.4 稀土元素含量的电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析

2.2.4.1 基本原理

2.2.4.2 植物样品的测定

2.2.5 叶片、叶绿体低温荧光发射及激发光谱的测定

2.2.6 透射电子显微镜分析

2.2.6.1 成像原理

2.2.6.2 电镜分析

2.2.7 色素蛋白复合体和多肽的分析

2.2.7.1 变性凝胶电泳

2.2.7.2 非变性凝胶电泳

2.2.7.3 色素蛋白复合物的鉴定

2.2.8 放氧活性

2.2.9 光合电子传递速率的测定

2.2.10 荧光动力学参数测定

2.2.10.1 参数说明

2.2.10.2 叶片荧光动力学参数测定

第三章 高浓度LaCl_3对黄瓜光合作用的影响

3.1 LaCl_3处理对黄瓜叶绿素吸收光谱的影响

3.2 LaCl_3处理对黄瓜低温荧光光谱的影响

3.3 LaCl_3处理对黄瓜叶绿体放氧活性的影响

3.4 LaCl_3处理对黄瓜叶片光诱导荧光动力学参数的影响

小结

第四章 铁芒萁体内稀土元素的分布特征

4.1 铁芒萁及其表层土壤稀土元素含量分析

4.1.1 计算方法

4.1.2 铁芒萁体内稀土元素含量

4.1.3 铁芒萁体内稀土元素分布模式

4.1.4 铁芒萁体内稀土元素吸收系数

4.1.5 铁芒萁叶绿体中稀土元素的分布

4.2 稀土元素在铁芒萁细胞内的精确定位

4.2.1 铁芒萁标准叶肉细胞图

4.2.2 稀土元素在三个地区铁芒萁细胞内精确定位

小结

第五章 轻、重稀土矿区和非矿区铁芒萁的光合特性

5.1 铁芒萁的色素组成

5.1.1 铁芒萁新鲜叶片的色素组成

5.1.2 铁芒萁成熟叶片的色素组成

5.1.3 铁芒萁类囊体膜的色素组成

5.2 铁芒萁叶片的荧光动力学和叶黄素循环色素组成

5.2.1 铁芒萁新鲜叶片叶黄素循环色素组成

5.2.2 铁芒萁新鲜叶片的荧光动力学

5.2.3 铁芒萁成熟叶片叶黄素循环色素组成

5.2.4 铁芒萁成熟叶片的荧光动力学

5.2.5 光抑制对铁芒萁成熟叶片荧光动力学的影响

5.3 铁芒萁分离叶绿体的光合特性

5.3.1 铁芒萁类囊体膜的低温荧光光谱

5.3.2 铁芒萁类囊体膜的电子传递特性

5.3.3 稀土矿区铁芒萁类囊体膜色素蛋白复合体组分的分析

5.3.4 稀土矿区铁芒萁类囊体膜多肽组成的分析

小结

结论

参考文献

附录

致谢

发布时间: 2006-04-30

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