外源水杨酸对路易斯安娜鸢尾（Iris hexagona W.）镉吸收、积累和抗性的影响

发布时间：2018-01-01 04:36

本文关键词：外源水杨酸对路易斯安娜鸢尾（Iris hexagona W.）镉吸收、积累和抗性的影响　出处：《南京农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：路易斯安娜鸢尾(Iris hexagona W.)是20世纪80年代末从国外引进的具有良好推广前景的水生观赏植物,具有积累重金属和观赏的双重价值,是一种较为理想的植物修复材料。本文在探明路易斯安娜鸢尾吸收、积累和耐受Cd能力的基础上,通过外源SA预处理和SA同时处理两种方式,研究了外源SA提高路易斯安娜鸢尾Cd抗性的作用,不仅为SA对Cd毒害缓解机制提供了理论参考,也为生产栽培上进一步提高路易斯安娜鸢尾的抗Cd能力提供实践应用方法。采用溶液培养,研究了 10、100、500 μMCd浓度处理对路易斯安娜鸢尾生长形态、叶绿素含量、光合参数、Cd含量、抗氧化酶活性以及细胞结构等指标的影响。结果表明:低浓度10 μMCd处理对路易斯安娜鸢尾生长无明显影响,随着Cd胁迫浓度上升,根叶干重和根长显著降低,叶绿素和光合速率显著下降。100μM Cd处理时叶内POD、SOD活性显著上升(P 0.05),但在500μM Cd处理时叶内SOD、POD活性下降。100μMCd和500 μMCd处理时CAT活性均下降,MAD含量均上升。叶、基部茎节和根中Cd含量均随着Cd处理浓度的增加而增加,基部茎节和根的Cd积累量明显高于叶。10 μM Cd处理14天后,根部Cd含量达到147.67μg g-1干重。经Cd胁迫后,叶的N含量明显下降,叶、基部茎节和根中的K相对含量也显著下降,而P、S相对含量上升。以上结果说明,路易斯安娜鸢尾对低浓度Cd具有较强的抗性和吸收、积累能力,并且基部茎节和根是主要积累部位。Cd胁迫不仅影响了 N、S、P代谢,还对K的吸收产生重要影响。100 μMCd处理时路易斯安娜鸢尾表现毒害症状,但体内抗氧化系统作用明显,仍具有较强的抗性,500 μMCd处理时路易斯安娜鸢尾叶片萎蔫,根系大量死亡,细胞结构严重破坏,超出其生理抗性范围。在以上研究的基础上,本文通过外源SA预处理和SA同时处理两种方式,研究了在Cd胁迫条件下,外源SA对路易斯安娜鸢尾生长的影响。结果表明:与单独100 μM Cd处理相比,SA预处理后,路易斯安娜鸢尾根的生长状态、干重、根系活力得到明显提高,在500 μMCd处理时,叶的干重、叶绿素含量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度才得到明显提高。说明SA预处理可以缓解Cd的毒害,而且根对毒害缓解作用反应比较敏感。另外,SA预处理后,与同一浓度单独Cd处理相比,Cd含量无明显变化,而能适当促进N、S、P的吸收,说明SA预处理对其生长的缓解作用不是通过减少Cd的吸收量,而是调节了离子吸收,增强了对Cd的抗性。经SA预处理后,根叶内CAT、SOD、POD、APX活性及Pro含量显著上升(P0.05),而MDA含量降低。同时,叶肉细胞超微结构明显改善,根尖细胞出现了很多的小囊泡,部分囊泡内包裹高电子密度颗粒。以上结果说明,SA预处理后路易斯安娜鸢尾体内抗氧化酶活性提高,降低了脂类过氧化,保持生物膜的稳定性,减轻了细胞结构伤害。叶绿体结构的改善是SA预处理后光合上升的重要原因,囊泡增多并在其内沉积颗粒是植物SA缓解重金属毒害的重要机制之一。SA同时处理后,在100μMCd和500 μMCd处理时叶的干重、叶绿素含量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度均比同一浓度单独Cd处理时低,而根的生长状态、干重、根系活力均明显提高。说明根与叶对SA同时处理的反应差异较大,培养液中SA的存在加剧了 Cd对光合作用的抑制。SA同时处理降低了叶内N含量,Cd、P、S相对含量上升,K相对含量则显著下降,说明SA同时处理增加了植株Cd的吸收,同时进一步抑制了 N、K的吸收。这可能是SA同时处理后地上部光合下降、生长受抑的原因之一。经SA同时处理后,CAT、SOD、POD、APX活性均比同一浓度单独Cd处理也有所提高,而MDA含量降低,说明SA同时处理也具有激活路易斯安娜鸢尾体内抗氧化系统的作用,但效果不如SA预处理显著,该结果与SA同时处理后根叶细胞结构改善程度较低相一致。在确定SA预处理可以较好缓解Cd毒害基础上,我们进一步研究了 100μM Cd胁迫和SA预处理对路易斯安娜鸢尾叶片蛋白质组表达的影响。与对照相比,在100 μMCd胁迫下,路易斯安娜鸢尾叶片蛋白图谱差异显著,共有77个蛋白点的丰度超过1.5倍差异表达,其中上调39个,下调28个,新增10个。先经1 μM SA预处理后再经100 μM Cd处理,与对照相比仅有18个蛋白点差异表达。以上结果表明,SA预处理可以显著提高路易斯安娜鸢尾与对照的2-DE蛋白质点匹配率,进一步证实SA预处理可以显著减少Cd胁迫引起的蛋白差异表达而缓解了 Cd毒害。3种处理的102个蛋白表达差异点,经MALDI-TOF-MS质谱鉴定,共得到了 54个与外源SA及Cd处理的相关蛋白。这些蛋白参与了光合作用、能量与物质代谢、解毒与抗氧化作用、氨基酸及蛋白质代谢等生理过程,其中抗坏血酸过氧化物酶和热激蛋白70同源物在SA缓解Cd毒害中发挥了重要作用。上述研究表明,路易斯安娜鸢尾对100 μM以内Cd胁迫具有较强抗逆性,对一般水体中Cd污染具有较强的抵抗和吸收能力,是一种具有观赏和富集Cd双重功能的水生花卉。SA根系预处理能较好地缓解Cd对路易斯安娜鸢尾的毒害,其原因是多方面因素共同作用的结果。
[Abstract]:The effects of exogenous SA on the growth morphology , chlorophyll content , photosynthetic parameters , Cd content , antioxidant enzyme activity and cell structure were studied . The results showed that after SA pretreatment , the activity of CAT , SOD , POD , APX and Pro were obviously increased . The results showed that SA pretreatment could significantly reduce the content of N , Cd , P and S in the leaves . The physiological processes of detoxification and antioxidation , amino acid and protein metabolism , etc . , in which ascorbate peroxidase and heat shock protein 70 homologue have played an important role in reducing Cd toxicity in SA .

【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X173;S682.19

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