超积累东南景天（Sedum alfredii Hance）对重金属（Zn/Cd/Pb）的解毒机制
发布时间：2025-03-18 02:42
植物对重金属的超积累作用是当今国际研究热点和难点,深入研究超积累植物体内重金属稳态作用机制,无论对发展植物营养新理论,还是对超积累植物在污染环境修复中的实际应用均有重要意义。东南景天(Sedum alfredii Hance)是我国原生的锌镉超积累及铅富集植物,其对这三种重金属都具有很强的耐性和积累能力,是应用于污染土壤绿色植物修复技术的一种良好潜在材料。 本文在综述超积累植物对重金属的解毒机理及其相关研究方法的基础上,以超积累植物体内重金属的区隔和螯合作用为研究中心,深入探讨了锌、镉和铅在东南景天体内的分布特征与赋存形态。综合运用同步辐射X射线荧光光谱(SR-XRF)、激光刻蚀-电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)等高通量金属组学研究技术,结合高分辨率的荧光探针显微技术,原位分析了锌镉铅在东南景天体内组织水平、细胞水平以及亚细胞水平上的分配特点,明确各类组织/细胞对重金属的区隔化在植物体耐受高浓度有毒重金属中所起的重要作用；同时,利用X射线吸收光谱(XAS)、微区X射线吸收光谱(μ-XAS)和高效液相色谱(HPLC)等技术,重点研究了重金属在植物组织中的赋存形态及其时空变化...
【文章页数】：175 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
主要缩略词表
中文摘要
ABSTRACT
第一部分 文献综述
第一章 超积累植物对重金属的解毒机制研究进展
1.1 重金属对植物的毒害效应
1.2 植物对重金属的解毒机制
1.2.1 抗氧化作用
1.2.2 区隔作用
1.2.2.1 细胞水平的分布
1.2.2.2 细胞壁的钝化作用
1.2.2.3 液泡的区隔化
1.2.3 螯合作用
1.2.3.1 植物络合素(Phytochelatins,PCs)
1.2.3.2 金属硫蛋白(Metallothioneins,MTs)
1.2.3.3 有机酸
第二章 同步辐射技术在超积累机理研究中的应用
2.1 同步辐射技术简介及其特点
2.2 同步辐射技术与原理
2.2.1 X射线荧光(SR-XRF)
2.2.3 X射线吸收光谱(XAS)
2.2.3.1 X射线吸收近边结构(XANES)
2.2.3.2 扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)
2.3 同步辐射技术在超积累机理研究上的应用
2.3.1 SR-XRF的应用——元素分布特征
2.3.2 XAS的应用——元素形态分析
2.3.2.1 锌(Zn)
2.3.2.2 铅(Pb)
2.3.2.3 镉(Cd)
2.3.2.4 砷(As)
2.3.2.5 硒(Se)
2.3.2.6 其他元素
第二部分 试验研究
研究Ⅰ 东南景天根系对重金属胁迫的应答机制(抗氧化作用)
第三章 东南景天根系对镉诱导的氧化胁迫适应性研究
3.1 引言
3.2 材料和方法
3.2.1 植物预培养与处理
3.2.2 根系伸长量与镉含量的测定
3.2.3 质膜透性及MDA的测定
3.2.4 质膜透性及脂质过氧化组织化学定位
3.2.5 H2O2和O2
.-含量测定
3.2.6 H2O2和O2
.-原位分析
3.2.7 非蛋白巯基化合物和谷胱甘肽含量测定
3.2.8 数据分析
3.3 结果与分析
3.3.1 镉对根镉含量和根系伸长量的影响
3.3.2 镉对根质膜损伤与脂质过氧化的影响
3.3.3 镉对过氧化氢和超氧阴离子含量的影响
3.3.4 镉对谷胱甘肽和非蛋白巯基化合物含量的影响
3.3.5 镉诱导的氧化胁迫对东南景天的时间效应
3.4 讨论
第四章 钙对镉诱导下根系抗氧化胁迫的缓解作用
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 植物预培养与处理
4.2.2 根系伸长量与镉含量
4.2.3 质膜完整性及MDA含量的测定
4.2.4 质膜完整性及脂质过氧化组织化学染色
4.2.5 H2O2和O2
.-含量测定以及荧光染色
4.2.6 抗氧化酶活性测定
4.2.7 非蛋白巯基化合物和谷胱甘肽含量测定
4.2.8 透射电镜观察(TEM)
4.2.9 数据分析
4.3 结果与分析
4.3.1 镉含量和根系伸长量
4.3.2 根尖质膜损伤
4.3.3 过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子(O2
.-)
4.3.4 抗氧化酶活性
4.3.5 谷胱甘肽(GSH)和非蛋白巯基(NPT)含量
4.3.6 根系细胞超微结构
4.4 讨论
研究Ⅱ 东南景天茎叶中重金属的分布特征(区隔作用)
第五章 东南景天茎叶中锌的分布特征
5.1 引言
5.2 材料和方法
5.2.1 植物预培养与处理
5.2.2 根茎叶中锌的含量测定
5.2.3 茎叶横切面锌分布特征
5.2.3.1 SRXRF分析法
5.2.3.2 荧光探针定位法
5.2.4 数据分析
5.3 结果与分析
5.3.1 根茎叶中锌的分配特点
5.3.2 锌在细胞水平上的分布特征
5.3.2.1 SRXRF图谱分析
5.3.2.2 茎中Zn的分布特征
5.3.2.3 叶片中Zn的分布特征
5.3.2.4 锌与其它元素的相关性分析
5.3.3 锌在亚细胞水平上的分布特征
5.3.3.1 锌在茎表皮上的分布
5.3.3.2 锌在叶片表皮上的分布
5.4 讨论
第六章 东南景天茎叶中镉的分布特征
6.1 引言
6.2 材料与方法
6.2.1 植物预培养与处理
6.2.2 LA-ICPMS分析
6.2.3 荧光探针定位法(Leadmium)
6.2.4 数据处理
6.3 结果与分析
6.3.1 东南景天叶中元素的分布特点
6.3.2 叶中元素的微区分布特点
6.3.3 茎中元素的微区分布特点
6.4 讨论
第七章 东南景天茎叶中铅的分布特征
7.1 引言
7.2 材料与方法
7.2.1 植物预培养与处理
7.2.2 样品制备
7.2.3 XRF分析
7.2.4 数据处理
7.3 结果与分析
7.3.1 根茎叶中铅的分配特点
7.3.2 铅的X射线荧光图谱
7.3.3 铅与其它元素在叶片中的分布及其相关性
7.3.4 铅与其它元素在茎中的分布及其相关性分析
7.3.5 茎维管束中铅的μ-XRF精细定位
7.3.6 EDTA对铅在富集生态型东南景天分布的影响
7.4 讨论
研究Ⅲ 东南景天体内重金属的赋存形态(螯合作用)
第八章 东南景天体内锌的赋存形态
8.1 引言
8.2 材料与方法
8.2.1 植物预培养
8.2.2 木质部汁液的收集及锌含量测定
8.2.3 东南景天木质部液有机酸测定
8.2.4 东南景天木质部液中锌形态分析(XAS)
8.2.4.1 木质部汁液收集
8.2.4.2 参比物的配置
8.2.4.3 X射线吸收光谱(XAS)的测定
8.2.4.4 X射线吸收光谱(XAS)分析
8.2.5 数据处理
8.3 结果与分析
8.3.1 Zn参比物质的分子结构
8.3.2 东南景天中Zn的化学形态
8.3.2.1 XANES分析东南景天中Zn的形态组成
8.3.2.2 东南景天中Zn形态的EXAFS
8.3.3 木质部的运输特征与形态
8.3.3.1 木质部汁液中锌的含量
8.3.3.2 木质部汁液中有机酸的含量
8.3.3.3 木质部汁液中锌的配位分析
8.4 讨论
第九章 东南景天体内镉的赋存形态
9.1 引言
9.2 材料与方法
9.2.1 植物预培养
9.2.2 东南景天样品制备以及有机酸测定
9.2.3 东南景天镉的形态分析(XAS)
9.2.3.1 参比物的配置
9.2.3.2 X射线吸收光谱(XAS)的测定
9.2.3.3 X射线吸收光谱(XAS)分析
9.2.4 数据处理
9.3 结果与分析
9.3.1 镉对超积累生态型东南景天体内有机酸组成的影响
9.3.2 镉参比物质的分子结构
9.4 讨论
第十章 东南景天体内铅的赋存形态
10.1 引言
10.2 材料与方法
10.2.1 植物预培养与处理
10.2.2 样品制备
10.2.3 X射线吸收光谱(XAS)的测定
10.2.4 XAS光谱的分析
10.2.5 数据处理
10.3 结果与分析
10.3.1 植物组织中铅含量
10.3.2 根茎叶中铅的赋存形态
10.3.3 茎中铅赋存形态的微区变化
10.3.4 EDTA处理对铅的赋存形态
10.4 讨论
第十一章 综合讨论与研究展望
11.1 综合讨论
11.2 主要创新点
11.3 研究展望
参考文献(REFERENCE)
致谢
攻读博士学位期间主要成果
本文编号：4035874
【文章页数】：175 页
【学位级别】：博士
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主要缩略词表
中文摘要
ABSTRACT
第一部分 文献综述
第一章 超积累植物对重金属的解毒机制研究进展
1.1 重金属对植物的毒害效应
1.2 植物对重金属的解毒机制
1.2.1 抗氧化作用
1.2.2 区隔作用
1.2.2.1 细胞水平的分布
1.2.2.2 细胞壁的钝化作用
1.2.2.3 液泡的区隔化
1.2.3 螯合作用
1.2.3.1 植物络合素(Phytochelatins,PCs)
1.2.3.2 金属硫蛋白(Metallothioneins,MTs)
1.2.3.3 有机酸
第二章 同步辐射技术在超积累机理研究中的应用
2.1 同步辐射技术简介及其特点
2.2 同步辐射技术与原理
2.2.1 X射线荧光(SR-XRF)
2.2.3 X射线吸收光谱(XAS)
2.2.3.1 X射线吸收近边结构(XANES)
2.2.3.2 扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)
2.3 同步辐射技术在超积累机理研究上的应用
2.3.1 SR-XRF的应用——元素分布特征
2.3.2 XAS的应用——元素形态分析
2.3.2.1 锌(Zn)
2.3.2.2 铅(Pb)
2.3.2.3 镉(Cd)
2.3.2.4 砷(As)
2.3.2.5 硒(Se)
2.3.2.6 其他元素
第二部分 试验研究
研究Ⅰ 东南景天根系对重金属胁迫的应答机制(抗氧化作用)
第三章 东南景天根系对镉诱导的氧化胁迫适应性研究
3.1 引言
3.2 材料和方法
3.2.1 植物预培养与处理
3.2.2 根系伸长量与镉含量的测定
3.2.3 质膜透性及MDA的测定
3.2.4 质膜透性及脂质过氧化组织化学定位
3.2.5 H2O2和O2
.-含量测定
3.2.6 H2O2和O2
.-原位分析
3.2.7 非蛋白巯基化合物和谷胱甘肽含量测定
3.2.8 数据分析
3.3 结果与分析
3.3.1 镉对根镉含量和根系伸长量的影响
3.3.2 镉对根质膜损伤与脂质过氧化的影响
3.3.3 镉对过氧化氢和超氧阴离子含量的影响
3.3.4 镉对谷胱甘肽和非蛋白巯基化合物含量的影响
3.3.5 镉诱导的氧化胁迫对东南景天的时间效应
3.4 讨论
第四章 钙对镉诱导下根系抗氧化胁迫的缓解作用
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 植物预培养与处理
4.2.2 根系伸长量与镉含量
4.2.3 质膜完整性及MDA含量的测定
4.2.4 质膜完整性及脂质过氧化组织化学染色
4.2.5 H2O2和O2
.-含量测定以及荧光染色
4.2.6 抗氧化酶活性测定
4.2.7 非蛋白巯基化合物和谷胱甘肽含量测定
4.2.8 透射电镜观察(TEM)
4.2.9 数据分析
4.3 结果与分析
4.3.1 镉含量和根系伸长量
4.3.2 根尖质膜损伤
4.3.3 过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子(O2
.-)
4.3.4 抗氧化酶活性
4.3.5 谷胱甘肽(GSH)和非蛋白巯基(NPT)含量
4.3.6 根系细胞超微结构
4.4 讨论
研究Ⅱ 东南景天茎叶中重金属的分布特征(区隔作用)
第五章 东南景天茎叶中锌的分布特征
5.1 引言
5.2 材料和方法
5.2.1 植物预培养与处理
5.2.2 根茎叶中锌的含量测定
5.2.3 茎叶横切面锌分布特征
5.2.3.1 SRXRF分析法
5.2.3.2 荧光探针定位法
5.2.4 数据分析
5.3 结果与分析
5.3.1 根茎叶中锌的分配特点
5.3.2 锌在细胞水平上的分布特征
5.3.2.1 SRXRF图谱分析
5.3.2.2 茎中Zn的分布特征
5.3.2.3 叶片中Zn的分布特征
5.3.2.4 锌与其它元素的相关性分析
5.3.3 锌在亚细胞水平上的分布特征
5.3.3.1 锌在茎表皮上的分布
5.3.3.2 锌在叶片表皮上的分布
5.4 讨论
第六章 东南景天茎叶中镉的分布特征
6.1 引言
6.2 材料与方法
6.2.1 植物预培养与处理
6.2.2 LA-ICPMS分析
6.2.3 荧光探针定位法(Leadmium)
6.2.4 数据处理
6.3 结果与分析
6.3.1 东南景天叶中元素的分布特点
6.3.2 叶中元素的微区分布特点
6.3.3 茎中元素的微区分布特点
6.4 讨论
第七章 东南景天茎叶中铅的分布特征
7.1 引言
7.2 材料与方法
7.2.1 植物预培养与处理
7.2.2 样品制备
7.2.3 XRF分析
7.2.4 数据处理
7.3 结果与分析
7.3.1 根茎叶中铅的分配特点
7.3.2 铅的X射线荧光图谱
7.3.3 铅与其它元素在叶片中的分布及其相关性
7.3.4 铅与其它元素在茎中的分布及其相关性分析
7.3.5 茎维管束中铅的μ-XRF精细定位
7.3.6 EDTA对铅在富集生态型东南景天分布的影响
7.4 讨论
研究Ⅲ 东南景天体内重金属的赋存形态(螯合作用)
第八章 东南景天体内锌的赋存形态
8.1 引言
8.2 材料与方法
8.2.1 植物预培养
8.2.2 木质部汁液的收集及锌含量测定
8.2.3 东南景天木质部液有机酸测定
8.2.4 东南景天木质部液中锌形态分析(XAS)
8.2.4.1 木质部汁液收集
8.2.4.2 参比物的配置
8.2.4.3 X射线吸收光谱(XAS)的测定
8.2.4.4 X射线吸收光谱(XAS)分析
8.2.5 数据处理
8.3 结果与分析
8.3.1 Zn参比物质的分子结构
8.3.2 东南景天中Zn的化学形态
8.3.2.1 XANES分析东南景天中Zn的形态组成
8.3.2.2 东南景天中Zn形态的EXAFS
8.3.3 木质部的运输特征与形态
8.3.3.1 木质部汁液中锌的含量
8.3.3.2 木质部汁液中有机酸的含量
8.3.3.3 木质部汁液中锌的配位分析
8.4 讨论
第九章 东南景天体内镉的赋存形态
9.1 引言
9.2 材料与方法
9.2.1 植物预培养
9.2.2 东南景天样品制备以及有机酸测定
9.2.3 东南景天镉的形态分析(XAS)
9.2.3.1 参比物的配置
9.2.3.2 X射线吸收光谱(XAS)的测定
9.2.3.3 X射线吸收光谱(XAS)分析
9.2.4 数据处理
9.3 结果与分析
9.3.1 镉对超积累生态型东南景天体内有机酸组成的影响
9.3.2 镉参比物质的分子结构
9.4 讨论
第十章 东南景天体内铅的赋存形态
10.1 引言
10.2 材料与方法
10.2.1 植物预培养与处理
10.2.2 样品制备
10.2.3 X射线吸收光谱(XAS)的测定
10.2.4 XAS光谱的分析
10.2.5 数据处理
10.3 结果与分析
10.3.1 植物组织中铅含量
10.3.2 根茎叶中铅的赋存形态
10.3.3 茎中铅赋存形态的微区变化
10.3.4 EDTA处理对铅的赋存形态
10.4 讨论
第十一章 综合讨论与研究展望
11.1 综合讨论
11.2 主要创新点
11.3 研究展望
参考文献(REFERENCE)
致谢
攻读博士学位期间主要成果
本文编号：4035874
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