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(lái)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(guò)實(shí)驗(yàn)室人工營(yíng)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(xiàn)衍射等方法觀(guān)察不同錳處理下美洲商陸表觀(guān)脅迫響應(yīng)，檢測(cè)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(guān)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(zhǎng)良好，無(wú)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(cè)表明，美洲商陸并非嗜錳植物，過(guò)量錳不能促進(jìn)植物代謝與生長(zhǎng)。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(guān)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(guān)察到兩類(lèi)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(cè)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(guò)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(guò)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(chǎng)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(guò)量的草酸絡(luò)合過(guò)量累積的錳，使之轉(zhuǎn)化為無(wú)植物毒性的化學(xué)形態(tài)。XRD檢測(cè)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(cè)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(méi)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(guò)固定作用將錳沉積，降低錳毒

7、性；另一方面，磷酸根可通過(guò)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(lèi)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(lèi)物