超富集植物长柔毛委陵菜和滇苦菜对镉的吸收、转运及分布机制研究

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1、超富集植物长柔毛委陵菜和滇苦菜对镉的吸收、转运及分布机制研究超富集植物长柔毛委陵菜和滇苦菜对镉的吸收、转运及分布机制研究专业：环境科学博士生：胡鹏杰指导老师：仇荣亮教授摘要矿山开采、金属冶炼、汽车尾气排放和农业生产等活动，使土壤重金属污染越来越严重，已成为深受全球关注的环境问题。利用高等植物尤其是超富集植物修复土壤重金属污染的技术，以其原位、费用低、环境友好、无二次污染等优点受到学术界的广泛关注，而深入了解超富集植物对重金属耐性和富集的生理机制则是该技术能够成功应用的基础和前提。近年来，国内外研究者以锌(Zn)

2、／镉(Cd)超富集植物Thlaspicaerulescens和Arabidopsishalleri为材料，对超富集植物的金属耐性和富集机理研究已取得不少进展。但由于超富集植物对重金属的吸收、转运、富集和耐受能力存在着品种间和重金属间的较大差异，有关重金属的超富集机理尤其是对Cd的超富集机理尚不十分明确。本论文以超富集植物长柔毛委陵菜和滇苦菜为材料，研究了两种植物对Cd的耐性和富集能力以及吸收转运途径，重点通过电子显微镜技术、X．射线能谱技术、组织化学技术、荧光探针技术等手段研究了Cd和Zn在组织水平、细胞水平及

3、亚细胞水平的分布情况，并利用荧光探针技术从细胞水平研究了滇苦菜对Cd的耐性和动态吸收过程。主要研究结论如下：(1)通过野外调查、水培、土培等实验研究了zn超富集植物长柔毛委陵菜对Cd的耐性和富集能力，结果表明长柔毛委陵菜无论在自然条件下还是在溶液培养和土壤培养条件下，对Cd都有很强的耐性和富集能力，是一种潜在的多金属超富集植物。重点通过水培试验研究了温度、共存二价金属摘要离子及代谢抑制剂对Cd吸收的影响，结果表明长柔毛委陵菜对Cd的吸收在短时间内以质外体结合尤其是细胞壁沉淀为主，而在此后的吸收则是需要载体和代谢

4、能量的主动过程；Cd进入长柔毛委陵菜根细胞的跨膜吸收可能是通过Ca通道和Fe载体进行，而在木质部装载过程中则可能与Zn共用同一载体且存在协同关系。(2)通过电子显微镜技术、X．射线能谱技术、组织化学技术、荧光探针技术等手段研究了Cd和Zn在组织水平、细胞水平及亚细胞水平的分布情况。结果表明，长柔毛委陵菜和滇苦菜根部的Cd和Zn主要分布在表皮、皮层、内皮层、木质部薄壁细胞及导管等部位，而且主要存在于质外体，尤其是细胞壁中。在长柔毛委陵菜叶片中，当重金属Cd和Zn的处理浓度在植物耐受范围内(Zn<160mgL-1、

5、Cd：520mgL-1)时，Cd和Zn表现出相似的空间分布特征，即优先富集在生理活性较弱的维管束鞘细胞、上下表皮细胞以及表皮附属物如腺毛等部位，同时也倾向于随叶脉水分运输至叶缘富集起来。但是，当重金属的处理浓度超出长柔毛委陵菜的耐受范围(Cd=40mgL-1处理)后，除了表皮细胞和维管束鞘外，大量的Cd进入叶肉细胞，而这可能也正是引起植物毒性的直接原因。在亚细胞水平，叶片中的Cd和Zn主要分布在液泡中，包括上下表皮细胞、维管束鞘细胞，甚至是高浓度处理下叶肉细胞，而在细胞壁中则很少，细胞质中也未发现。滇苦菜叶片中

6、Cd的分布与长柔毛委陵菜类似。(3)通过酶解法分离得到了滇苦菜的叶肉原生质体，并利用荧光探针技术研究了原生质体对Cd的耐性以及实时动态吸收过程。结果发现滇苦菜对Cd的耐性不但表现在整体植株水平，而且也表现在细胞水平。在Cd胁迫下，滇苦菜叶肉组织中大部分细胞可以避免吸收Cd，而只有一小部分细胞通过Fe和Mn载体吸收Cd，并且这些吸收的Cd可以快速、有效地从细胞质转运到液泡中储存起来。结合叶片中Cd的分布特征，推测这些过程可能是滇苦菜细胞水平甚至组织和植株水平对Cd具有高耐性的重要生理原因。关键词：长柔毛委陵菜，滇

7、苦菜，镉，超富集，吸收，分布Ⅱ超富集植物长柔毛委陵菜和滇苫菜对镉的吸收、转运及分布机制研究PhysiologicalMechanismsofCadmiumUptake，TransportandDistributioninHyperaccumulatorPotentillagriffithiiandPicrisdivaricataMajor：EnvironmentalScienceName：HuPengjieSupervisor：Prof．QiuRongliangABSTRACTHeavymetalpolluti

8、onwhichiscausedbymining，metalsmelting，automobileexhaustemissions，agriculturalproductionactivities,hasbecomeaseriousenvironmentalissueofglobalconcern．Recently,therehasbeenanincreaseinresearcheffo