银杏对镉、铅及其复合污染的生理响应与抗性研究

论文摘要

本研究以孑遗植物—银杏为试验材料，应用电镜分析技术、X-射线电子探针分析手段、光合作用及叶绿素荧光分析系统、原子吸收光谱测定技术及其它生理测定技术，从细胞、组织、器官水平上系统地研究了Cd、Pb及其复合污染对银杏生长、叶片超微结构、光合特性、根系离子微域分布、营养吸收与分配、膜脂过氧化与抗氧化保护酶系统及渗透物质生理等的影响，并对银杏受Cd、Pb胁迫的伤害机理及耐性机制进行了深入的探讨，取得了如下主要研究结论： 1．Cd、Pb胁迫对银杏叶片超微结构产生了不同程度的破坏作用，其中叶绿体对重金属胁迫最为敏感，表现为叶绿体片层肿胀，外膜消失，嗜锇颗粒增加，严重时叶绿体发生降解或解体；线粒体的变化为内嵴减少，严重时外膜破损，呈空泡化；细胞核的变化为核膜破坏，染色质凝聚。Cd、Pb交互效应对叶绿体和线粒体超微结构的影响表现为协同效应。 2．整个生长期内，Cd与总叶绿素含量和叶绿素a表现出显著的抑制剂量效应，Pb则与叶绿素各指标的抑制剂量效应关系均显著。在Cd、Pb及其复合胁迫下，银杏Pn、Gs和Tr均随着胁迫浓度的增加而下降，而Ci随着浓度的增加而趋于增加，表明限制银杏光合作用的因素主要由非气孔限制所致。银杏最大光化学效率Fv／Fm、ΦPSⅡ、光化学猝灭参数qP、非化学猝灭系数qN均随处理浓度的增加呈明显下降趋势，说明Cd、Pb导致了银杏PSⅡ反应中心的关闭和受到破坏。复合胁迫下，Cd、Pb对银杏光合各指标影响的交互效应表现各异，与单一作用相比，在一定的胁迫水平上显示出协同作用趋势。相关分析表明，银杏光合特性有关生长指标都是由多种因素综合作用的结果。 3．根系微区分析表明，Cd、Pb胁迫显著地影响了根系微区的离子分布，使细胞中大多离子的稳态受到破坏，同时Ca2+和K+在不同组织中均呈现出较强的峰，Ca2+和K+稳态的维持显示银杏对Cd、Pb胁迫具有较强的耐性机制。 4．Cd、Pb及其复合胁迫下，Cd、Pb主要累积在银杏的根部，其次为茎和叶。Cd、Pb胁迫对银杏各器官中K、Ca、Mg含量产生了显著的影响，相关分析表明，叶、茎生物量增量下降是由于银杏叶、茎中积累的Cd、Pb严重地抑制了Mg的吸收。在根中则抑制K、Mg的吸收，使生长代谢发生紊乱，发育受阻而导致生物量增量的下降。 5．研究结果表明，Cd、Pb及其复合胁迫导致了银杏叶片质膜透性的增大、膜脂过氧化作用增强及根系活力的下降；随胁迫浓度的增加及胁迫时间的延长，保护酶SOD、CAT活性表现为先应激性上升后明显下降的动态变化；POD活性和PAL活性则均高于对照。Cd、Pb胁迫下蛋白质、脯氨酸含量显著高于对照，而可溶性糖的变化不明显。 6．综合研究表明，Cd、Pb及其复合胁迫导致银杏在细胞、组织、器官水平上表现出受毒害的生理生化响应。但同时，银杏可能通过对重金属的限制作用、细胞壁阻止作用、抗氧化酶等生理防卫及Ca、K离子、脯氨酸、蛋白质等渗透调节机制对重金属胁迫表现出较强的抗性，银杏具有城市大气污染等环境修复的开发应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 植物对重金属胁迫的响应及抗性机理的研究综述
• 1 我国重金属污染概况
• 2 重金属胁迫植物生长及生理生化效应
• 2.1 重金属对植物生长的胁迫效应
• 2.2 重金属对植物细胞解剖结构的影响
• 2.3 重金属胁迫对植物生理生化的影响
• 2.3.1 水分代谢
• 2.3.2 呼吸作用
• 2.3.3 光合特性
• 2.3.4 渗透调节
• 2.3.5 矿质营养元素
• 2.3.6 活性氧代谢
• 2.3.7 逆境蛋白与基因表达
• 3 植物对重金属胁迫的抗性机理
• 3.1 植物对重金属的排放、阻止或限制作用
• 3.2 重金属结合蛋白及螯合作用
• 3.3 细胞区室化作用
• 3.4 植物的抗氧化酶等生理防卫作用
• 4 植物修复
• 5 银杏抗性的研究现状
• 6 研究的目的和意义
• 第二章 Cd、Pb及其复合污染对银杏叶片超微结构的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验设计与材料
• 1.2 电镜样品制备与观察
• 2 观察结果
• 2.1 正常情况（对照）生长下银杏叶片的超微结构
• 2.2 Cd、Pb单一污染对银杏叶片超微结构的影响
• 2.2.1 叶绿体
• 2.2.2 线粒体
• 2.2.3 细胞核
• 2.3 Cd、Pb复合污染对银杏叶片超微结构的影响
• 2.3.1 叶绿体
• 2.3.2 线粒体
• 2.3.3 细胞核
• 3 讨论
• 第三章 Cd、Pb及其复合污染对银杏光合特性的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料与处理
• 1.2 测定方法
• 1.2.1 叶绿素含量的测定
• 1.2.2 光合指标与叶绿素荧光的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 Cd、Pb胁迫对银杏叶绿素含量的影响
• 2.1.1 Cd单一与复合胁迫对叶绿素含量的影响
• 2.1.1.1 叶绿素含量
• 2.1.1.2 叶绿素含量的动态进程
• 2.1.2 Pb单一与复合胁迫对叶绿素含量的影响
• 2.1.2.1 叶绿素含量
• 2.1.2.2 叶绿素含量的动态进程
• 2.2 Cd、Pb胁迫对银杏光合作用的影响
• 2.2.1 Cd单一与复合胁迫对光合作用的影响
• 2.2.1.1 净光合速率（Pn）和气孔导度（Gs）
• 2浓度（Ci）'>2.2.1.2 蒸腾速度（Tr）和细胞间CO₂浓度（Ci）
• 2.2.1.3 水分利用效率（WUE）
• 2.2.2 Pb单一与复合胁迫对光合作用的影响
• 2.2.2.1 净光合速率（Pn）和气孔导度（Gs）
• 2浓度（Ci）'>2.2.2.2 蒸腾速度（Tr）和细胞间CO₂浓度（Ci）
• 2.2.2.3 水分利用效率（WUE）
• 2.3 Cd、Pb胁迫对银杏叶绿素荧光的影响
• 2.3.1 Cd单一与复合胁迫对叶绿素荧光的影响
• 2.3.2 Pb单一与复合胁迫对叶绿素荧光的影响
• 2.4 各指标间的相关分析
• 3 结论与讨论
• 第四章 Cd、Pb及其复合污染对银杏根系离子微域分布的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料与处理
• 1.2 测定方法
• 2 结果与分析
• 2.1 不同浓度Cd污染的银杏根系离子微域分布
• 2.2 不同浓度Pb污染的银杏根系离子微域分布
• 2.3 Cd、Pb复合污染的银杏根系离子微域分布
• 3 结论与讨论
• 第五章 Cd、Pb及其复合污染对矿质元素吸收特性的影响及在银杏中的累积
• 1 材料与设计
• 1.1 试验材料与处理
• 1.2 测定方法
• 1.2.1 生物量的测定
• 1.2.2 土壤样品与植物样品的测定方法
• 2 结果与分析
• 2.1 Cd、Pb及复合污染对银杏叶片伤害症状的观察
• 2.2 Cd、Pb及复合污染对银杏生物量增量的影响
• 2.3 Cd、Pb及复合污染对银杏各器官全K含量的影响
• 2.3.1 Cd、Pb及复合污染对银杏叶中全K含量的影响
• 2.3.2 Cd、Pb及复合污染对银杏茎中全K含量的影响
• 2.3.3 Cd、Pb及复合污染对银杏根中全K含量的影响
• 2.3.4 Cd、Pb及复合污染对全K在银杏各器官中分配比例的影响
• 2.4 Cd、Pb及复合污染对银杏各器官全Ca含量的影响
• 2.4.1 Cd、Pb及复合污染对银杏叶中全Ca含量的影响
• 2.4.2 Cd、Pb及复合污染对银杏茎中全Ca含量的影响
• 2.4.3 Cd、Pb及复合污染对银杏根中全Ca含量的影响
• 2.4.4 Cd、Pb及复合污染对全Ca在银杏各器官中分配比例的影响
• 2.5 Cd、Pb及复合污染对银杏各器官全Mg含量的影响
• 2.5.1 Cd、Pb及复合污染对银杏叶中全Mg含量的影响
• 2.5.2 Cd、Pb及复合污染对银杏茎中全Mg含量的影响
• 2.5.3 Cd、Pb及复合污染对银杏根中全Mg含量的影响
• 2.5.4 Cd、Pb及复合污染对全Mg在银杏各器官中分配比例的影响
• 2.6 Cd、Pb在银杏体内的累积及分配规律
• 2.6.1 Cd的累积与分配
• 2.6.2 Pb的累积与分配
• 2.7 根、茎叶中各离子元素含量与生物量增量的相关分析
• 3 结论与讨论
• 第六章 Cd、Pb及其复合污染对银杏膜脂过氧化及抗氧化保护酶的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料与设计
• 1.2 测定方法
• 1.2.1 超氧化物歧化酶（SOD）活性与丙二醛（MDA）含量的测定
• 1.2.2 过氧化物酶（POD）活性的测定
• 1.2.3 过氧化氢酶（CAT）活性的测定
• 1.2.4 苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性的测定
• 1.2.5 叶片质膜透性（RPP）的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 Cd、Pb及其复合污染对银杏超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响
• 2.1.1 Cd单一及复合污染对银杏SOD活性的影响
• 2.1.2 Pb单一及复合污染对银杏SOD活性的影响
• 2.2 Cd、Pb及其复合污染对银杏过氧化氢酶（CAT）活性的影响
• 2.2.1 Cd单一及复合污染对银杏CAT活性的影响
• 2.2.2 Pb单一及复合污染对银杏CAT活性的影响
• 2.3 Cd、Pb及其复合污染对银杏过氧化物（POD）活性的影响
• 2.3.1 Cd单一及复合污染对银杏POD活性的影响
• 2.3.2 Pb单一及复合污染对银杏POD活性的影响
• 2.4 Cd、Pb及其复合污染对银杏苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性的影响
• 2.4.1 Cd单一及复合污染对银杏PAL活性的影响
• 2.4.2 Pb单一及复合污染对银杏PAL活性的影响
• 2.5 Cd、Pb及其复合污染对银杏丙二醛（MDA）含量的影响
• 2.5.1 Cd单一及复合污染对银杏MDA含量的影响
• 2.5.1 Pb单一及复合污染对银杏MDA含量的影响
• 2.6 Cd、Pb及其复合污染对银杏叶片质膜透性（RPP）的影响
• 2.6.1 Cd单一及复合污染对银杏RPP的影响
• 2.6.1 Pb单一及复合污染对银杏RPP的影响
• 3 结论与讨论
• 第七章 Cd、Pb胁迫对银杏种子萌发及其它生理特征的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 种子发芽材料与设计
• 1.1.1 试验材料
• 1.1.2 试验设计
• 1.1.2.1 种子发芽试验
• 1.1.2.2 种子萌发生理试验
• 1.2 游离脯氨酸和蛋白质含量等生理指标的试验设计
• 1.3 测定方法
• 2 结果与分析
• 2.1 Cd、Pb处理对银杏种子发芽的影响
• 2.1.1 Cd对银杏种子发芽的影响
• 2.1.2 Pb对银杏种子发芽的影响
• 2.2 Cd、Pb处理对银杏种子萌发生理特征的影响
• 2.2.1 蛋白质代谢
• 2.2.1.1 Cd对银杏种子萌发过程中蛋白质代谢的影响
• 2.2.1.2 Pb对银杏种子萌发过程中蛋白质代谢的影响
• 2.2.2 氨基酸代谢
• 2.2.2.1 Cd对银杏种子萌发过程中氨基酸代谢的影响
• 2.2.2.2 Pb对银杏种子萌发过程中氨基酸代谢的影响
• 2.3 Cd、Pb及其复合污染对银杏根系活力的影响
• 2.4 Cd、Pb及其复合污染对银杏游离脯氨酸含量的影响
• 2.5 Cd、Pb及其复合污染对银杏蛋白质含量的影响
• 2.6 Cd、Pb胁迫对银杏可溶性糖含量的影响
• 3 结论与讨论
• 3.1 Cd、Pb处理对银杏种子萌发的影响
• 3.2 Cd、Pb及其复合污染对银杏根系活力的影响
• 3.3 Cd、Pb及其复合污染对银杏脯氨酸和蛋白质含量等的影响
• 第八章 总结论
• 1 主要研究结论
• 1.1 Cd、Pb及其复合污染对银杏叶片超微结构的影响
• 1.2 Cd、Pb及其复合污染对银杏光合特性的影响
• 1.3 Cd、Pb及其复合污染对银杏根系离子微域分布的影响
• 1.4 Cd、Pb及其复合污染对矿质元素吸收特性的影响及在银杏中的累积
• 1.5 Cd、Pb及其复合污染对银杏膜脂过氧化及抗氧化保护酶的影响
• 1.6 Cd、Pb胁迫对银杏种子萌发及其它生理特征的影响
• 2 本研究的特色
• 3 本研究存在的不足之处
• 参考文献
• 详细摘要