红树植物秋茄根系分泌物对Cd胁迫的响应

摘要

作为滨海湿地生态系统中一类典型的抗性植物，红树植物在重金属胁迫条件下的生理生态特性得到了广泛的研究。已有研究表明，根系分泌物在多种植物抗重金属毒性机制中起着重要作用，然而关于红树植物根系分泌物对重金属胁迫的响应方面的研究却鲜见报道。本文通过人工模拟砂培秋茄(Kandelia candel(L.)Druce)幼苗，分别以0，2.5，5，10，20，40 ppm Cd胁迫处理，在不同处理时间(24h，7d)进行取样分析，探讨Cd胁迫下秋茄幼苗根系分泌物中氨基酸和低分子量有机酸以及相关生理指标(可溶性糖、可溶性蛋白、谷胱甘肽)的变化情况。本研究旨在探索红树植物根系分泌物对重金属Cd胁迫的响应，为预测与评价重金属Cd对红树植物的环境胁迫生理生态效应，以及为红树林湿地的保护提供科学依据。 本研究主要结论如下： 1.用改进的高效液相色谱法分析10种低分子量有机酸：草酸、酒石酸、甲酸、L-苹果酸、乳酸、乙酸、顺丁烯二酸、柠檬酸、琥珀酸、反丁烯二酸。色谱条件为：Agilent1100型高效液相色谱及其色谱工作站，Agilent HC-C18(2)，Analytical4.6*250mm5-Micron型反向色谱柱，流动相为93％的25 mmolL-1KH2PO4(pH2.4)+7％甲醇的混合液，流速为0.7 ml min-1，进样量为20μl，柱温25±2℃，检测波长为210 nm，能有效的分离检测。 2.秋茄幼苗根系分泌的有机酸总量在29.5379-43.0792 mg g-1 DWroots，主要种类为草酸、乙酸、琥珀酸、L-苹果酸和酒石酸。此外，在Cd胁迫处理组中还检测到乳酸与反丁烯二酸，这在对照中并未检测出。在所检测的低分子量有机酸中二元酸所占的比例明显高于一元酸和三元酸，前者的含量约为后二者之和的2-4倍。24h的短期Cd处理时，各组有机酸出现了类似应激反应的现象，其总量包括高浓度处理组均较对照有所上升；而7d的长时期Cd处理下，秋茄根系低分子量有机酸的分泌达到了较为稳定的状态，随着Cd处理浓度的升高呈现先上升而后逐渐降低的趋势，于20 ppm与40 ppm处理下降至对照水平。 3.在秋茄幼苗根系分泌物中共发现了15种氨基酸，其中，对照组中仅检测到7种氨基酸，且苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸仅分别在10 ppm.20 ppm.40 ppm短期Cd处理中被检出，而Cd处理7d后仅检测到除这3种以外的12种氨基酸。秋茄根系分泌的氨基酸总量在737.3480-1452.4637 ng g-1 DWroots，其中酪氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、异亮氨酸和精氨酸含量最高。对比两种Cd处理时间可以发现，随着Cd处理浓度的增加，两种情况下氨基酸变化趋势相同，但长期的Cd处理(7d)较短期的Cd处理(24h)氨基酸变化幅度明显增大，先随着Cd处理浓度的升高而升高，在20 ppm时达到最大值，随后当Cd处理浓度达到40 ppm时，氨基酸总量迅速降至对照水平。 4.秋茄根系分泌物中的低分子量有机酸和氨基酸含量都随着Cd处理浓度及处理时间的变化而发生改变，证实二者在幼苗抗Cd毒性中起着一定的作用。但氨基酸含量远远低于低分子量有机酸的含量，这表明根系分泌物中游离氨基酸组分由于它的微量性，其在红树植物根际环境中的生态效应可能是以营养作用为主，对重金属解毒作用为辅。 5.在短期(24h)所有处理组中，随着Cd胁迫浓度的增加，秋茄幼苗根系和叶片中的可溶性糖、可溶性蛋白含量以及叶片中的谷胱甘肽含量都出现不同程度的升高，并显著高于对照。而在长期(7d)的Cd处理组中，三者在根系及叶片中都不同程度的出现先升高后降低的趋势。表明秋茄对低浓度的Cd有一定的抵抗能力，而在高浓度的Cd胁迫下则处理时间越长，受到伤害越大。 6.秋茄根系能够吸收重金属Cd并将其向地上部分运输，胁迫处理7d后Cd在秋茄幼苗各器官中的积累不同，各组分Cd含量的大小依次是根>胚轴>茎叶，均随着Cd处理浓度的增加而增加。根系是富集Cd的主要器官，在40 ppm处理组，根系富集的重金属含量分别是胚轴的4.81倍，茎的44.37倍，叶的61.10倍。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1红树林生态系统重金属污染研究现状

1.1红树林面临的污染问题

1.2红树植物对重金属抗性的研究

2根系分泌物研究概况

2.1根系分泌物的定义

2.2根系分泌物的种类

2.3根系分泌物的产生机理

2.4根系分泌物的功能

2.5影响根系分泌物形成和释放的因素

2.6根系分泌物的研究方法

2.7根系分泌物中的低分子量有机酸与氨基酸

3选题目的及研究意义

第二章材料与方法

1供试植物

2仪器与试剂

2.1主要仪器

2.2主要试剂

3试验设计

4根系分泌物的收集与前处理

5分析方法

5.1可溶性总糖含量测定

5.2可溶性蛋白含量测定

5.3谷胱甘肽含量测定

5.4根系分泌物的测定

5.5秋茄幼苗各器官中Cd元素的含量测定

6统计分析方法

第三章结果与分析

1秋茄幼苗根系分泌物对Cd胁迫的响应

1.1 Cd对秋茄幼苗根系分泌低分子量有机酸的影响

1.2 Cd对秋茄幼苗根系分泌氨基酸的影响

2秋茄幼苗中可溶性糖对Cd胁迫的响应

3秋茄幼苗中可溶性蛋白对Cd胁迫的响应

4秋茄幼苗中还原型谷胱甘肽对Cd胁迫的响应

5 Cd在秋茄幼苗根、茎、叶、胚轴中的累积与分布

第四章讨论

1秋茄幼苗根系分泌物对Cd胁迫的响应

1.1 Cd对秋茄幼苗根系分泌低分子量有机酸的影响

1.2 Cd对秋茄幼苗根系分泌氨基酸的影响

1.3秋茄幼苗根系分泌低分子量有机酸和氨基酸的关系

2秋茄幼苗中可溶性糖对Cd胁迫的响应

3秋茄幼苗中可溶性蛋白对Cd胁迫的响应

4秋茄幼苗中还原型谷胱甘肽对Cd胁迫的响应

5秋茄幼苗对重金属Cd的累积与分布

第五章结论与展望

1主要结论

2研究特色与创新

3不足之处与展望

参考文献

致谢