小白菜對鎘和汞的吸收、遷移和分布機制初探.pdf

1、重金屬污染的來源、遷移轉(zhuǎn)化和歸宿及其污染的控制和治理一直是近年來人們關(guān)注的熱點問題之一。與傳統(tǒng)重金屬污染土壤的化學(xué)和物理修復(fù)技術(shù)相比，植物修復(fù)不僅成本低而且不會對環(huán)境造成連帶的二次破壞。但是，目前所發(fā)現(xiàn)的重金屬超富集植物大都有生物量小、生長速度慢等缺點而導(dǎo)致修復(fù)效率低。通過常規(guī)雜交或轉(zhuǎn)基因技術(shù)把現(xiàn)有超富集植物的功能基因片斷轉(zhuǎn)移到生物量大、生長速度快的普通植物體中使之具有超富集能力是一條可行的途徑。因此認識重金屬超富集植物的超富集生物學(xué)機

2、制是當前研究的首要任務(wù)。本研究選擇蕓苔屬的小白菜作為研究對象，研究其對鎘和汞的富集/超富集特性，以期在分子水平上獲得其富集/超富集的生物化學(xué)機制及解毒機制，為實現(xiàn)重金屬污染土壤的植物修復(fù)提供理論依據(jù)。全文包含以下幾個部分： 第一章主要對植物修復(fù)技術(shù)及超富集重金屬植物的生物化學(xué)機制研究進行綜述，闡述元素形態(tài)分析的重要性，對重金屬形態(tài)分析技術(shù)進行詳細的介紹，并提出對小白菜富集及耐受鎘和汞的機制以及存在形態(tài)進行研究。 第二章以

3、小白菜作為超富集鎘(Cd)的研究材料，通過不同濃度的Cd脅迫研究小白菜富集Cd的能力以及可能的細胞抵御機制。在200μmol L-1 Cd脅迫下，小白菜地上部分及根部Cd含量分別為1348.3和3761.0mg Kg-1(干重)。小白菜體內(nèi)Cd含量與植物絡(luò)合素(phytochelatins，PCs)含量成正相關(guān)，Cd濃度越高PCs的含量也越高，這個研究結(jié)果表明PCs絡(luò)合Cd在小白菜體內(nèi)Cd的解毒及耐受機制中起最主要的作用。另外，在研究C

4、d脅迫下小白菜地上部分丙二醛(MDA)的產(chǎn)生、H2O2的含量及抗氧化酶如超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、愈創(chuàng)木酚過氧化酶(POD)及抗壞血酸過氧化酶(APX)的活性變化的過程中發(fā)現(xiàn)，在5-50μmol L-1 Cd脅迫下，酶的活性成上升趨勢，有效地抵御氧化脅迫，說明抗氧化系統(tǒng)在小白菜Cd解毒中起第二抵御作用。這些抵御機制降低了游離Cd的破壞作用，提高了對Cd的富集和耐受能力；然而，在更高濃度Cd的作用下，小白菜的谷胱甘肽

5、含量下降，PCs合成緩慢，而且抗氧化酶的活性受到抑制，尤其是APX，H2O2大量富集，遠遠超過小白菜對Cd解毒能力從而導(dǎo)致細胞的死亡?？偟恼f來，這些實驗結(jié)果都說明了PCs及抗氧化系統(tǒng)協(xié)同抵御Cd誘導(dǎo)的氧化脅迫，并在小白菜自身富集/抵御Cd的過程中起著重要作用。 第三章主要是應(yīng)用尺寸排阻色譜與電感耦合等離子體質(zhì)譜(SEC-ICP-MS)聯(lián)用技術(shù)和電噴霧二級質(zhì)譜(ESI-MS/MS)研究體外合成的Cd-PC絡(luò)合物及小白菜體內(nèi)合成的C

6、d-PC絡(luò)合物的組成。將Cd脅迫的小白菜體內(nèi)分離出來的PCs單體和CdCl2混合，通過ESI-MS及ESI-MS/MS直接進樣研究發(fā)現(xiàn)有CdGS1-2、(CdGS)2、Cd1-2PC2、Cd1-3PC3、Cd1-3PC4和Cd1-3PC5形成。通過SEC-ICP-MS及ESI-MS/MS研究經(jīng)Cd脅迫的小白菜NH4HCO3提取液，發(fā)現(xiàn)小白菜體內(nèi)不僅存在游離態(tài)的PC2-5和desGlu-PC3而且也存在CdPC3和CdPC4絡(luò)合物。這兩個

7、絡(luò)合物的存在得到了它們相應(yīng)的同位素分布及MS/MS質(zhì)譜的確認，這是小白菜體內(nèi)合成CdPC3和CdPC4的首次發(fā)現(xiàn)。結(jié)果顯示PCs在植物抵抗Cd脅迫過程中起著重要作用；另一方面，SEC-ICP-MS及ESI-MS/MS也展示其在金屬毒性研究中將發(fā)揮重要作用。 第四章研究了在HgCl2脅迫下，小白菜富集Hg的行為；研究了腐植酸(HA)和半胱氨酸(Cys)的存在對小白菜在HgCl2脅迫下體內(nèi)富集Hg和對其體內(nèi)合成PCs和Hg-PC絡(luò)合

8、物的影響。HA及Cys處理的小白菜根部Hg含量下降但生物量增加而且也誘導(dǎo)了根部PCs的產(chǎn)生。以反相液相色譜(RPLC)與ICP-MS/ESI-MS/MS聯(lián)用技術(shù)，研究體外化學(xué)合成的Hg-PC絡(luò)合物主要有HgGS2、HgPC2、HgPC3、HgPC4和Hg2PC4等形式；而經(jīng)HA或Cys處理的小白菜根部除發(fā)現(xiàn)了氧化的PC2-4以外，還首次發(fā)現(xiàn)了HgPC2-4和Hg2PC4絡(luò)合物，它們的存在得到了Hg同位素分布及MS/MS質(zhì)譜驗證。這些研究