超積累植物美洲商陸錳累積與耐性機(jī)制研究.pdf

1、美洲商陸(Phytolacca americana Linn.)是近年來頗受關(guān)注的錳超積累植物，然其錳耐性機(jī)制仍不清楚。本論文通過實(shí)驗(yàn)室人工營養(yǎng)液培養(yǎng)體系，采用電鏡結(jié)合能譜、超速離心亞細(xì)胞組分分離、化學(xué)形態(tài)提取、高效液相色譜、晶體X射線衍射等方法觀察不同錳處理下美洲商陸表觀脅迫響應(yīng)，檢測植物對(duì)錳的吸收與累積以及錳在植物組織細(xì)胞中的分布，分析美洲商陸錳耐受可能涉及因素與錳累積與解毒的關(guān)系，綜合研究美洲商陸錳耐性的可能作用機(jī)制。當(dāng)前研究進(jìn)一

2、步促進(jìn)了植物對(duì)錳耐性機(jī)理的理解，為實(shí)際的錳毒土壤上的作物生產(chǎn)改良、酸性土壤或相關(guān)重金屬污染土壤的植物修復(fù)等提供一定的理論支持與科學(xué)依據(jù)。取得的主要研究結(jié)果與結(jié)論如下：
　　 不同錳處理培養(yǎng)觀察顯示，美洲商陸對(duì)錳具有極強(qiáng)的耐性。5000μM以下錳處理，美洲商陸生長良好，無明顯錳毒性癥狀，而更高濃度錳處理，植物地上部，特別是葉片呈現(xiàn)出典型的錳中毒特征.光合作用檢測表明，美洲商陸并非嗜錳植物，過量錳不能促進(jìn)植物代謝與生長。較高濃度錳連

3、續(xù)脅迫下，美洲商陸根部依錳處理濃度高低先后析出含錳晶體，表明美洲商陸對(duì)錳存在一定的排斥機(jī)制，可能與根際沉淀作用相關(guān)。電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，錳對(duì)美洲商陸細(xì)胞毒性作用較弱。掃描電鏡下美洲商陸細(xì)胞內(nèi)觀察到兩類晶體：草酸鈣異胞體與含錳晶體。葉片含錳晶體能譜掃描顯示，錳可能主要與羥基、羧基、磷酸根等含氧基團(tuán)結(jié)合。檢測美洲商陸可能涉及錳耐性的相關(guān)作用物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)該植物草酸與巰基含量較高。初步研究結(jié)果表明，美洲商陸錳耐性可能與草酸、鈣、巰基及磷酸根等因素密切相

4、關(guān)。
　　 美洲商陸可以耐受和累積高濃度的錳，將過量的錳累積于葉細(xì)胞可溶性組分內(nèi)，而在細(xì)胞器與細(xì)胞膜組分的過量累積則導(dǎo)致錳植物毒性。液泡成分包含于可溶性組分內(nèi)，作為錳累積的關(guān)鍵場所，同時(shí)也是植物儲(chǔ)存草酸的細(xì)胞器。不同錳處理植物，美洲商陸可溶性組分內(nèi)總可以提供過量的草酸絡(luò)合過量累積的錳，使之轉(zhuǎn)化為無植物毒性的化學(xué)形態(tài)。XRD檢測證實(shí)可溶性組分中錳以草酸鹽形式存在。研究表明，錳的液泡區(qū)室化作用及草酸的絡(luò)合作用很可能是美洲商陸錳超積累

5、與耐受最重要的生物機(jī)制。
　　 比較美洲商陸鈣和錳的累積發(fā)現(xiàn)，鈣和錳主要都以草酸鹽形式儲(chǔ)存于植物葉片中.其中，鈣對(duì)錳的累積具有非常顯著的影響，但美洲商陸葉片中草酸鈣晶體并未發(fā)現(xiàn)對(duì)錳的解毒起到作用。在美洲商陸葉中含錳晶體的發(fā)現(xiàn)揭示錳可能被草酸鹽絡(luò)合，也或與磷酸根結(jié)合。美洲商陸鈣和錳以如此相近的形式累積，提示參考植物對(duì)鈣的調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識(shí)，深入比較研究錳的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)與累積，將有助于進(jìn)一步理解植物對(duì)錳動(dòng)態(tài)平衡的維持與植物對(duì)錳的解毒機(jī)制。

6、
　　 較高濃度錳連續(xù)處理美洲商陸，植物根部隨著錳處理濃度的高低先后析出磷酸錳晶體。含磷與缺磷實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磷酸鹽可促進(jìn)美洲商陸錳的累積并明顯減緩錳的毒性效應(yīng)。電鏡與能譜檢測發(fā)現(xiàn)，含磷錳處理的美洲商陸葉與根內(nèi)存在錳的磷酸鹽晶體，而缺磷處理組植物組織中沒有出現(xiàn)。特別是美洲商陸根的皮層與表皮，存在明顯的錳磷酸鹽晶體。當(dāng)前研究結(jié)果表明，磷酸鹽在美洲商陸錳的超積累與耐性中扮演著重要角色：一方面，磷酸根在植物體內(nèi)通過固定作用將錳沉積，降低錳毒

7、性；另一方面，磷酸根可通過根際沉淀作用將錳以磷酸錳晶體形式累積于根表或表層細(xì)胞內(nèi)，從而阻滯植物對(duì)錳的進(jìn)一步吸收。
　　 研究美洲商陸對(duì)不同硫錳作用下的植物錳的累積與總巰基類物質(zhì)(TSH)含量變化情況，以及分析兩者之間對(duì)美洲商陸相互作用的關(guān)系，結(jié)果表明，不同的硫錳處理對(duì)美洲商陸TSH含量以及植物錳耐性與累積均具有一定影響。其中，美洲商陸經(jīng)不同的錳硫處理，其根組織錳的累積量與TSH含量呈現(xiàn)良好的正相關(guān)關(guān)系。研究結(jié)果表明，根中巰基類物