不同積累型莧菜鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的生理機(jī)制研究.pdf

1、在我國(guó)的土壤污染中，以重金屬為代表的無(wú)機(jī)污染物中鎘（Cd）為首要污染物。Cd污染不僅會(huì)引起土壤質(zhì)量下降、土壤功能失調(diào)，還會(huì)損害植物的生長(zhǎng)代謝。Cd通過(guò)植物吸收而轉(zhuǎn)移進(jìn)入食物鏈危害人類(lèi)健康。植物修復(fù)技術(shù)作為一種成本低廉、環(huán)境擾動(dòng)小的原位修復(fù)技術(shù)成為世界范圍內(nèi)關(guān)注的熱點(diǎn)。本研究比較不同積累型的兩種莧菜Cd吸收轉(zhuǎn)運(yùn)特征差異性及Cd的細(xì)胞學(xué)分布規(guī)律。采用水培試驗(yàn)，添加代謝抑制劑來(lái)研究?jī)煞N莧菜根系吸收Cd的主要途徑。采用非損傷微測(cè)技術(shù)(NMT)，

2、進(jìn)行植物活體動(dòng)態(tài)測(cè)試，研究了兩種莧菜根系Cd2+離子流特征，揭示莧菜吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)Cd的生理機(jī)制。采用掃描電子顯微鏡結(jié)合X射線能譜分析技術(shù)（SEM-EDS）和透射電子顯微鏡技術(shù)（TEM），在組織與細(xì)胞水平進(jìn)行植物根和葉片Cd分布成像，通過(guò)兩種莧菜Cd分布特征來(lái)揭示高積累型品種Tianxingmi耐受性強(qiáng)，高積累Cd的機(jī)理。研究結(jié)果概括如下：
　　1.不同Cd處理時(shí)間對(duì)兩種莧菜Cd吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)特征的影響。在30μmol/L CdCl2處理

3、1d后，高積累型品種Tianxingmi生物量達(dá)到最大值5.90g/plant，是低積累型品種Zibeixian生物量的二倍；Tianxingmi根、莖和葉中Cd濃度分別為609 mg/kg、254mg/kg和62.3mg/kg，分別是Zibeixian的1.4倍、1.9倍和1.6倍，地上部和全株的 Cd累積量分別高達(dá)602.0μg/plant、1308μg/plant；Tianxingmi富集系數(shù)（BCF）與轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）分別為Zi

4、beixian的2.1倍和1.5倍，這些結(jié)果兩品種均表現(xiàn)出顯著性差異（P<0.05）。
　　2.不同Cd處理濃度對(duì)兩種莧菜Cd吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)特征的影響。除了60μmol/L CdCl2處理之外，在7d的試驗(yàn)期內(nèi)Tianxingmi生長(zhǎng)良好并未出現(xiàn)中毒癥狀。當(dāng)處理濃度為30μmol/L時(shí)，Tianxingmi根、莖和葉生物量最大，總生物量達(dá)3.69 g/plant，與對(duì)照組（CK）相比增加了42％（P<0.05）。當(dāng)處理濃度增加到60μ

5、mol/L時(shí)，由于Cd的毒害作用導(dǎo)致Tianxingmi葉片生物量出現(xiàn)顯著下降（P<0.05）；當(dāng)處理濃度為5μmol/L時(shí)，Zibeixian各器官生物量最大，總生物量為2.35 g/plant。當(dāng)處理濃度高于5μmol/L時(shí)，Zibeixian生物量就已開(kāi)始顯著下降（P<0.05）。植物各器官中 Cd濃度隨著營(yíng)養(yǎng)液中CdCl2處理濃度的增加而增加，根中Cd濃度最高。生物量最大時(shí)，Tianxingmi根、莖和葉中Cd濃度分別為950m

6、g/kg、305mg/kg和205mg/kg，地上部和全株的Cd累積量分別高達(dá)736.3μg/plant、1344μg/plant；而Zibeixian根、莖和葉中Cd濃度分別為269mg/kg、62.9mg/kg和74.8mg/kg，地上部和全株的Cd累積量分別只有134.3μg/plant、260.7μg/plant。當(dāng)處理濃度從10μmol/L繼續(xù)增加時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)Tianxingmi根、莖和葉中Cd濃度均有顯著增加（P<0.01；

7、P<0.05），且轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF或S/R，即地上部重金屬含量/根中重金屬含量）都大于1；而Zibeixian只有根中Cd濃度顯著增加（P<0.05），莖和葉中Cd濃度基本保持不變。
　　3.非損傷微測(cè)技術(shù)（NMT）測(cè)定兩種莧菜根系 Cd2+離子流。通過(guò)掃描位點(diǎn)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，距根尖0-300μm范圍內(nèi)兩種莧菜根系Cd2+內(nèi)流最強(qiáng)有力且差別最大，并在此做定點(diǎn)位點(diǎn)測(cè)定，結(jié)果表明 Tianxingmi根系 Cd2+內(nèi)流是 Zibeixian根

8、系 Cd2+內(nèi)流的3.75倍，說(shuō)明了兩品種的富集特征與NMT結(jié)果一致。
　　4.利用羰基氰化物間氯苯腙（CCCP）研究?jī)煞N莧菜根系吸收 Cd的主要途徑及累積特征。添加代謝抑制劑處理顯著降低了高積累型Tianxingmi各器官中的Cd濃度，富集系數(shù)（BCF）與轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF），以及根系 Cd2+內(nèi)流（P<0.05），但對(duì)低積累型 Zibeixian的相關(guān)生理指標(biāo)影響不大。
　　5.不同積累型兩種莧菜Cd的細(xì)胞學(xué)分布。掃描電子顯

9、微鏡結(jié)合X射線能譜分析（SEM-EDS）及透射電子顯微鏡（TEM）成像技術(shù)來(lái)研究?jī)煞N莧菜Cd分布規(guī)律。Tianxingmi Cd主要累積在表皮細(xì)胞、皮層細(xì)胞以及木質(zhì)部導(dǎo)管中，而ZibeixianCd主要累積在表皮和外皮層細(xì)胞中。Tianxingmi根系中Cd的主要累積位置是質(zhì)外體，特別是細(xì)胞間隙和細(xì)胞壁，Cd脅迫加重時(shí)，少部分進(jìn)入根系皮層細(xì)胞的大液泡中存儲(chǔ)；低積累型Zibeixian根系中的Cd則主要累積在表皮和外皮層細(xì)胞內(nèi)。同時(shí)Tia

10、nxingmi葉片中Cd主要累積在表皮細(xì)胞的液泡中，超過(guò)其自身耐受限度時(shí)，才向葉肉細(xì)胞內(nèi)累積。
　　綜上所述，兩莧菜品種Cd吸收轉(zhuǎn)運(yùn)特征均表現(xiàn)出顯著性差異。Tianxingmi具有更強(qiáng)的Cd吸收和向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)與累積能力，并且根系對(duì)Cd的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)是主動(dòng)需能的過(guò)程，共質(zhì)體途徑在Cd進(jìn)入根系并向地上部運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中起著主要作用。Tianxingmi比Zibeixian擁有更強(qiáng)的Cd耐受和累積能力。兩莧菜品種根系存在著不同的木質(zhì)部裝載調(diào)控