外源一氧化氮在铅和苯并芘联合作用下对黑麦草生理特性的影响

发布时间：2020-04-22 13:06

【摘要】：随着经济的高速发展,环境污染越来越严重,在众多环境污染物中多环芳烃(PAHs)和重金属是其中的典型代表,它们经常会同时或者先后进入环境介质而形成复合污染,对环境造成严重的污染。因此对复合污染的研究已成为生态学发展的重要方向之一,复合污染的中无机污染和有机污染的复合是主要的复合类型,重金属及多环芳烃为无机污染和有机污染的代表污染物质,因此开展重金属和多环芳烃复合污染研究对于环境生态安全具有重要意义。一氧化氮(Nitric oxide,NO)是植物体内普遍存在的一种兼具水溶性和脂溶性、能够自由穿梭于细胞膜之间的气态活性物质。作为植物中的一种第二信使,NO介导了植物诸多生长发育和生理代谢过程,如种子萌发、根和花粉管的生长、气孔关闭、开花、细胞铁稳态的维持和程序性细胞死亡等。NO还可通过S-亚硝基化过程参与调控几乎所有信号通路,并与活性氧(ROS)相互依赖、相互影响,共同参与植物对高温、低温、水分、UV-B辐射、重金属和盐渍等多种非生物逆境胁迫应答的防御调控过程。在调节植物环境胁迫抗性方面,外源NO对逆境胁迫有积极的缓解效应,研究外源NO对重金属和PAHs联合作用下植物氧化损伤的缓解效应,对提高植物抗逆性有积极意义。本论文以不同浓度Pb(0、50、150、250、400μmol·L~(-1))和B[a]P(0、5、15、25、40μmol·L~(-1))的CK、K1、K2、K3、K4组联合作用下,研究黑麦草(Lolium)种子的发芽率、发芽势、发芽指数、胚芽长、胚根长以及黑麦草幼苗的净光合速率(P_n)、胞间CO_2浓度(C_i)、气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)的变化,确认对黑麦草生长发育产生最适抑制效果的浓度,为接下来探讨外源NO对Pb和B[a]P联合作用下黑麦草生理特性的影响奠定研究基础。选取400μmol·L~-11 Pb和40μmol·L~-11 B[a]P作为最适抑制效果的浓度,以黑麦草为材料,硝普钠(Sodium Nitroprusside,SNP)为外源NO供体,研究不同浓度(50、150、250、400μmol·L~(-1))SNP的T1、T2、T3、T4、T5组处理Pb和B[a]P联合作用下黑麦草的生理指标和抗氧化酶的影响,测定叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素、可溶性蛋白质、可溶性糖、游离脯氨酸(Fpro)、还原性谷胱甘肽(GSH)、抗氧化酶如过氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等内容,以此探讨外源NO在Pb和B[a]P联合作用下黑麦草生长过程中的生理调节作用。结果表明:(1)Pb和B[a]P联合作用下,黑麦草种子萌发过程均表现为抑制效果,其中各指标的抑制率均在低浓度K1组别表现为最小,在高浓度K4组别表现为最大。黑麦草种子发芽率、发芽势、发芽指数的抑制率分别为24.82%~34.75%、32%~45.82%、23.91%~50.45%;胚芽长度的抑制率为26.18%~46.96%;胚根长度的抑制率为58.49%~80.88%。Pb和B[a]P联合作用下,黑麦草幼苗的光合作用表现亦为抑制效果,其中P_n、G_s、C_i、T_r的抑制率在低浓度K1组别表现为最小,在高浓度K4组别表现为最大。P_n、G_s、C_i、T_r的抑制率为5.74%~23.96%、45.88%~60.57%、-33.71%~-47.25%、24.52%~456.88%。因此,Pb和B[a]P的联合作用对黑麦草种子萌发和生长阶段表现为抑制效果,随着Pb和B[a]P浓度的升高,抑制效果增强,其中K4组浓度表现为最大抑制作用浓度,因此选取K4组别为抑制程度最大即抑制效果最适的组别。(2)添加外源NO供体SNP,在Pb和B[a]P联合作用下,T4组别250μmol·L~(-1)SNP为最适缓解浓度。T4组别的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素与抑T1相比分别增长了20.28%、51.81%、14.93%、48.70%,同时又分别低于CK组3.55%、8.91%、12.54%、3.81%;可溶性蛋白与可溶性糖与T1相比增长了41.89%、64.40%,与CK相比降低4.03%、8.67%;游离脯氨酸与T1相比增长213.33%,与CK组相比降低了13.50%;SOD、POD、CAT活性与T1相比分别提高19.86%、46.17%、86.11%,与CK组相比提高了29.66%、35.76%、167.29%;还原性谷胱甘肽与T1组别相比提高了64.44%,与CK组相比提高了214.89%。实验结果表明,外源NO在Pb和B[a]P的联合作用下对黑麦草生理指标皆为缓解作用,并随着SNP浓度的增加,缓解程度逐渐增加,在T4组别250μmol·L~(-1)SNP时达到最大缓解效果,而后继续增加SNP浓度,则缓解程度降低。(3)在黑麦草生理指标与外源NO浓度的线性回归分析中,相关性最大的四项为CAT、SOD、POD和游离脯氨酸,其决定系数分别为0.9991、0.9958、0.9872和0.9872,CAT与外源NO的相关性最高,说明抗氧化酶与外源NO的相关性最为密切;相关性最低的三项为叶绿素b、总叶绿素和还原性谷胱甘肽,其决定系数分别为0.8855、0.9182、0.9607,叶绿素b与外源NO相关性最低决定系数最小为0.8855。
【图文】：

黑麦草,生长状况,联合作用

理后14 d取倒数第2片全展功能叶测定黑麦草幼苗光合特性，，植物生长状况如图3-1、图3-2所示，最终结果取3次重复测定的平均值。表3-3 供试土壤的理化性质土壤类型重金属全量(mg·kg-1) B[a]P(μg·kg-1)pH水解氮(mg·kg-1)有效磷(mg·kg-1)速效钾(mg·kg-1)Pb Cd Cu Mn Zn黑土10.22 0.267 100.35 322.78 24.56 10.1 6.7 50.12 3.28 50.82

对比图,黑麦草,生长状况,联合作用

图 3-2 Pb 和 B[a]P 联合作用下黑麦草生长状况的对比图3.3 测定方法3.3.1 发芽指标的测定发芽势(%)＝（7 d 发芽种子数/供试试验种子数）×100%发芽率(%)＝（14 d 发芽的种子数/供试试验种子数）×100%发芽指数= (Gt/Dt)，Gt 在 t 时间内的发芽数，Dt 相应的发芽天数[58]胚根伸长抑制率=（对照组胚根的伸长－实验组胚根的伸长）/对照组胚根的伸长×100%胚芽伸长抑制率=（对照组胚芽的伸长－实验组胚芽的伸长）/对照组胚芽的伸长×100%
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S688.4;X503.233

【参考文献】