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【6h】

浮萍(Lemna minor)对重金属汞(Hg)富集的响应:基于生理和RAPD分析

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目录

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摘要

第1章 绪论

1.1 Hg元素及其应用

1.2 Hg的来源

1.3 Hg对植物的危害

1.3.1 Hg的吸收、转运和定位

1.3.2 Hg对种子发芽的影响

1.3.3 Hg对矿质营养吸收的影响

1.3.4 Hg对细胞结构的影响

1.3.5 Hg对细胞膜的影响

1.3.6 Hg对光合作用的影响

1.3.7 Hg对抗氧化系统的影响

1.3.8 Hg对遗传物质的影响

1.4 植物对Hg胁迫的耐性机制

1.4.1 生理机制

1.4.2 分子机制

1.5 本研究的目的与意义

第2章 Hg在浮萍体内的富集及其毒害作用

2.1 材料与方法

2.1.1 材料处理

2.1.4 光合色素舍盈测定

2.1.5 超氧阴离子的测定

2.1.6 膜脂过氧化和脂氧合酶(LOX)活性测定

2.1.7 淀粉和可溶性蛋白含盈测定

2.1.8 DNA损伤

2.1.9 细胞死亡分析

2.1.10 统计分析

2.2 结果与分析

2.2.1 Hg含量

2.2.2 叶片和根损伤

2.2.3 光合色素

2.2.4 超氧阴离子产生速率

2.2.5 MDA含量

2.2.6 LOX活性及同工酶

2.2.7 淀粉含量

2.2.8 可溶性蛋白含量

2.2.9 DNA损伤

2.2.10 细胞死亡

2.3 讨论

第3章 浮萍对Hg胁迫的响应机理研究

3.1 材料与方法

3.1.1 材料处理

3.1.3 抗氧化酶测定

3.1.4 脯氨酸含量测定

3.1.5 可溶性糖含量测定

3.1.9 Hsp70 Western-blot检测

3.2 结果与分析

3.2.2 GSH、GSSG含量与GSH/GSSG比值

3.2.3 SOD活性

3.2.4 POD活性

3.2.5 CAT活性

3.2.6 APX活性

3.2.7 GR活性

3.2.8 SOD、POD、CAT、APX、GR同工酶

3.2.9 脯氨酸含量

3.2.10 可溶性糖含量

3.2.11 NP-SH含量

3.2.12 GS活性

3.2.13 PAL活性

3.2.14 Hsp70 Western-blot分析

3.3 讨论

论文小结

附录

参考文献

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致谢

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摘要

本文以分布广泛的高等水生植物浮萍(Lemna minor L.)为研究材料,以植物非必需金属元素汞(Hg)为胁迫因子,运用生理生化测定、随机扩增多态性DNA(Random Amplified Polymorphism DNA,RAPD)和蛋白免疫印迹法(Western blot)等技术,系统研究了不同浓度和处理时间下Hg在浮萍体内的积累和生理生化效应。
  (1)用不同浓度(0,10,20,30μmol·L-1)Hg分别处理浮萍2d和6d后,研究了Hg在浮萍体内的积累及其对浮萍叶片损伤、根系生长、光合色素、脂质过氧化、淀粉和可溶性蛋白以及细胞死亡的影响。结果表明:随着培养液中Hg浓度的增大和处理天数的增加,浮萍体内的Hg含量急剧上升,6d后在30μmol·L-1处理浓度下达到7.4士0.14mg·g-1DW。随着Hg含量的增加,叶绿素含量显著下降,在6d后的30μmol·L-1处理组,叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别下降了51.8%、40.8%和27.0%。同时叶片受到的伤害也逐渐由边缘像中央蔓延。浮萍根对Hg极其敏感,在短时间低浓度时就有断根现象,随着金属浓度增加,根系全部脱落。淀粉含量在两个时期均表现为先升后降的趋势。可溶性蛋白含量在2d时随Hg增加呈现先升后降的趋势,但在6d时随着Hg浓度的升高呈现显著下降的趋势。丙二醛(MDA)含量、脂氧合酶(LOX)活性和细胞死亡情况都显著上升。以上结果表明·Hg胁迫干扰了浮萍的正常生长,加重了细胞死亡。
  (2)研究了不同浓度(0,10,20,30μmol·L-1)Hg胁迫分别在2d和6d时对浮萍抗氧化系统和渗透调节物质的影响。随着Hg浓度上升,过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性显著上升,最大值分别为对照的3.0、2.4和1.8倍。超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性则受到明显抑制,在6d的最高浓度处理组为对照的57.2%和48.5%。抗坏血酸(AsA)和还原型谷胱甘肽(GSH)含量整体呈上升趋势,非蛋白巯基(NP-SH)含量则表现出先升后降的趋势。谷胱甘肽合成酶(GR)活性被轻微诱导,苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性缓慢上升后急剧下降。脯氨酸和可溶性糖含量随处理强度增加先升后降,但始终高于对照水平。
  (3)研究了2d和6d时不同浓度(0,10,20,30μmol·L-1)Hg胁迫对浮萍SOD、POD、CAT、APX、GR和LOX同工酶表达、Hsp70表达和DNA损伤的影响。发现:LOX和CAT同工酶表达量表现为低浓度时上升,高浓度时下降,在2d时均高于对照,而在6d的高浓度处理组低于对照。APX同工酶表达量在2d时逐渐上升,而6d时在低浓度处理下表达上升,高浓度处理时有所下降,但仍高于对照;POD同工酶则随胁迫时间和Hg浓度的增加始终呈上升趋势。SOD同工酶在低浓度时有轻微上升趋势,但超过20μmol·L-1时就明显下降。GR的同工酶表达量始终呈下降趋势。这些酶的谱带数除APX外均与对照相同,产生总酶活力变化的原因是已有蛋白的过表达或表达受抑制,但没有激发新蛋白的表达,只有APX被诱导了新带的产生。Western blot分析结果显示,Hsp70积累随Hg浓度的增加先增加后减少,但是都显著高于对照,2d和6d处理后均在20μmol·L-1Hg浓度时达到最大积累量。RAPD图谱分析基因组DNA在Hg胁迫下多态性显著增高,稳定性相应下降。

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