镉超积累植物的生态特征及污染耐性机理分析

论文摘要

在已发现的超积累植物中,镉超积累植物种类较少,对其重金属耐性及超积累机理的研究还未有突破性进展,这些植物金属耐性机理的描述对于镉污染土壤的植物修复研究是非常有意义的。本研究以镉超积累植物龙葵(Solanum nigrum L.)、球果蔊菜(Rorippa globosa (Turcz.) Thell.)为研究对象,以茄子(Solanum melongena L.)和风花菜(Rorippa islandica (Oeder.) Borb.)为对照植物,描述了镉超积累植物污染耐性的生态特征,系统探讨了镉超积累植物的耐性机制。(1)龙葵较茄子有更高的镉耐性及镉积累性;球果蔊菜较风花菜有更高的镉耐性及镉积累性,球果蔊菜茎部受抑制现象是实现其特异吸收和积累重金属的适应性反应,这种地上部营养物质的重新分配现象可能是球果蔊菜作为超积累植物独特的生态特征。(2)龙葵根系中SOD和CAT活性及叶片中POD和CAT活性的协同作用在缓解镉积累引起的膜脂过氧化损伤中发挥着积极作用,球果蔊菜叶片SOD和CAT的协同作用在缓解镉积累引起的膜脂过氧化损伤中也发挥重要作用,可以推断龙葵、球果蔊菜体内抗氧化酶防御系统在其镉耐性中扮演重要的角色。(3)镉的污染胁迫均能明显促进龙葵和球果蔊菜体内脯氨酸的积累,脯氨酸在其镉耐性及积累性中扮演着重要角色,其中叶片脯氨酸可能发挥着更大的作用。(4)龙葵叶片中柠檬酸和乙酸含量的动态变化与其镉积累有关,球果蔊菜叶片中苹果酸和酒石酸含量的动态变化与其镉积累有关,有机酸可能在龙葵及球果蔊菜镉耐性及积累性中起到一定的作用,但高含量的有机酸并不是植物镉耐性和超积累性的主要原因。(5)植物螯合肽可以作为植物镉超积累特征的生物指标,但植物螯合肽的合成并非镉超积累植物耐性的主要机制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 上篇 文献综述
• 第一章 植物修复技术的涵义
• 1.1 植物修复技术的概念
• 1.2 植物修复技术的发展
• 1.3 植物修复技术的基本原理
• 1.3.1 植物提取
• 1.3.2 植物挥发
• 1.3.3 植物降解
• 1.3.4 植物稳定
• 1.3.5 植物根际降解
• 1.3.6 植物根际过滤
• 1.4 植物修复技术的优点与不足
• 第二章 植物修复技术的应用及其机理
• 2.1 大气污染的植物修复
• 2.1.1 植物的吸附、吸收和同化作用
• 2.1.2 植物的滞尘、减尘作用
• 2.2 污染水体的植物修复
• 2.2.1 藻类的修复作用
• 2.2.2 高等植物的修复作用
• 2.3 土壤污染的植物修复
• 2.3.1 有机物污染土壤的植物修复
• 2.3.2 重金属污染土壤的植物修复
• 2.4 植物修复技术发展趋势
• 第三章 重金属污染土壤植物修复
• 3.1 土壤重金属污染特点
• 3.2 重金属对植物的毒性效应
• 3.2.1 对植物生长发育的影响
• 3.2.2 对细胞膜透性的影响
• 3.2.3 对光合作用的影响
• 3.2.4 对呼吸作用的影响
• 3.2.5 对植物细胞的遗传毒害
• 3.2.6 对植物的间接伤害
• 3.3 植物对重金属的抗性机理
• 3.3.1 避性
• 3.3.2 耐性
• 3.3.3 抗重金属生态型的形成
• 3.4 用于重金属污染土壤修复的植物
• 3.5 重金属污染土壤植物修复技术的应用现状及应用前景
• 第四章 超积累植物研究进展
• 4.1 超积累植物的概念和特征
• 4.2 几种典型超积累植物
• 4.3 超积累植物对根际土壤中重金属的活化
• 4.4 超积累植物吸收重金属的生理及分子机制
• 4.4.1 重金属跨根细胞膜运输
• 4.4.2 重金属在根共质体内运输及分室化
• 4.4.3 木质部运输
• 4.4.4 重金属在叶细胞中运输及分室化
• 4.5 对重金属的解毒机制
• 4.5.1 有机酸
• 4.5.2 金属硫蛋白
• 4.5.3 植物螯合态
• 4.5.4 植物抗氧化防卫反应
• 4.6 重金属抗性或积累基因的克隆与转基因技术的实施
• 4.6.1 金属跨膜转运蛋白基因的研究
• 4.6.2 应用转基因技术过量生产金属硫蛋白的研究
• 4.6.3 应用转基因技术过量生产植物螯合肽的研究
• 4.6.4 细菌砷酸盐还原酶基因和谷胱甘肽合成酶基因在拟南芥中的表达及作用
• 4.6.5 其它异源基因的表达及作用
• 下篇 实验研究
• 第五章 立题依据与研究内容
• 5.1 研究目的与意义
• 5.1.1 辽宁地区重金属污染特点
• 5.1.2 Cd超积累植物的发现
• 5.2 研究内容
• 第六章 超积累植物对Cd耐性的有机酸作用机理研究
• 6.1 龙葵对Cd耐性的有机酸作用机理研究
• 6.1.1 材料与方法
• 6.1.2 结果与分析
• 6.1.2.1 植物对Cd的耐性特征（龙葵与茄子比较）
• 6.1.2.2 植物对Cd的积累特征（龙葵与茄子比较）
• 6.1.2.3 植物叶片有机酸含量变化（龙葵与茄子比较）
• 6.1.2.4 植物叶片有机酸与镉积累的相关分析（龙葵与茄子比较）
• 6.1.3 讨论
• 6.1.4 小结
• 6.2 球果蔊菜对Cd耐性的有机酸作用机理研究
• 6.2.1 材料与方法
• 6.2.2 结果与分析
• 6.2.2.1 植物对Cd的耐性特征（球果蔊菜与风花菜比较）
• 6.2.2.2 植物对Cd的积累特征（球果蔊菜与风花菜比较）
• 6.2.2.3 植物叶片有机酸含量变化（球果蔊菜与风花菜比较）
• 6.2.2.4 植物叶片有机酸与镉积累的相关分析（球果蔊菜与风花菜比较）
• 6.2.3 讨论
• 6.2.4 小结
• 第七章 PCs在超积累植物对Cd耐性中的作用机理研究
• 7.1 PCs在龙葵对Cd耐性中的作用机理研究
• 7.1.1 材料与方法
• 7.1.2 结果与分析
• 7.1.2.1 植物对Cd的耐性特征（龙葵与茄子比较）
• 7.1.2.2 植物对Cd的积累特征（龙葵与茄子比较）
• 7.1.2.3 Cd处理对植物根系及叶片PCs诱导量的影响（龙葵与茄子比较）
• 7.1.2.4 植物根系及叶片内PCs的诱导量与镉积累的关系（龙葵与茄子比较）
• 7.1.3 讨论
• 7.1.4 小结
• 7.2 PCs在球果蔊菜对Cd耐性中的作用机理研究
• 7.2.1 材料与方法
• 7.2.2 结果与分析
• 7.2.2.1 植物对Cd的耐性特征（球果蔊菜与风花菜比较）
• 7.2.2.2 植物对Cd的积累特征（球果蔊菜与风花菜比较）
• 7.2.2.3 Cd 处理对植物根系及叶片 PCs 诱导量的影响（球果蔊菜与风花菜比较）
• 7.2.2.4 植物根系及叶片内PCs的诱导量与镉积累的关系(球果蔊菜与风花菜比较
• 7.2.3 讨论
• 7.2.4 小结
• 第八章 抗氧化酶系统在超积累植物对Cd耐性中的作用机理研究
• 8.1 龙葵对Cd诱导的氧化胁迫响应
• 8.1.1 材料与方法
• 8.1.2 结果与分析
• 8.1.2.1 植物生物量及叶绿素含量（龙葵与茄子比较）
• 8.1.2.2 植物Cd含量（龙葵与茄子比较）
• 8.1.2.3 Cd胁迫对植物抗氧化酶活性的影响
• 8.1.2.4 Cd胁迫对植物MDA含量的影响
• 8.1.2.5 相关分析
• 8.1.3 讨论
• 8.1.4 小结
• 8.2 球果蔊菜对Cd诱导的氧化胁迫响应
• 8.2.1 材料与方法
• 8.2.2 结果与分析
• 8.2.2.1 植物生物量及叶绿素含量（球果蔊菜与风花菜比较）
• 8.2.2.2 植物Cd含量（球果蔊菜与风花菜比较）
• 8.2.2.3 Cd胁迫对植物抗氧化酶活性的影响
• 8.2.2.4 Cd胁迫对植物MDA含量的影响
• 8.2.2.5 相关分析
• 8.2.3 讨论
• 8.2.4 小结
• 第九章 超积累植物对Cd耐性的脯氨酸作用机理研究
• 9.1 龙葵对Cd耐性的脯氨酸作用机理研究
• 9.1.1 材料与方法
• 9.1.2 结果与分析
• 9.1.2.1 植物生物量及叶绿素含量（龙葵与茄子比较）
• 9.1.2.2 植物Cd含量（龙葵与茄子比较）
• 9.1.2.3 Cd胁迫下脯氨酸的积累（龙葵与茄子比较）
• 9.1.2.4 相关分析
• 9.1.3 讨论
• 9.1.4 小结
• 9.2 球果蔊菜对Cd耐性的脯氨酸作用机理研究
• 9.2.1 材料与方法
• 9.2.2 结果与分析
• 9.2.2.1 植物生物量及叶绿素含量（球果蔊菜与风花菜比较）
• 9.2.2.2 植物Cd含量（球果蔊菜与风花菜比较）
• 9.2.2.3 Cd胁迫下脯氨酸的积累（球果蔊菜与风花菜比较）
• 9.2.2.4 相关分析
• 9.2.3 讨论
• 9.2.4 小结
• 研究结论
• 参考文献
• 发表文章及专著撰写情况
• 致谢