密級(jí)： 論文編號(hào)： 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 學(xué)位論文 莧菜 超積累 鎘的生理機(jī)制研究 in .) in .) I 摘 要 土壤 鎘 污染對(duì)生態(tài)環(huán)境及人類健康所造成的潛在危害 已 引起日益廣泛的關(guān)注。 植物修復(fù) 作為一種新興、高效的綠色修復(fù)技術(shù) 是 鎘污染 土壤治理 的重要手段 。 現(xiàn)有鎘超積累植物 或由于生物量小而應(yīng)用受限，或由于地域性強(qiáng) ， 生長(zhǎng)受 環(huán)境條件限制，發(fā)掘適合 當(dāng)?shù)?生態(tài)環(huán)境條件的 用于鎘污染修復(fù)的 植物資源已成為各國競(jìng)相研究的熱點(diǎn)。 莧菜 在我國的分布很廣，品種資源豐富，生長(zhǎng)快且生物量大，適于作為 植物 修復(fù)資源加以發(fā)掘。 本研究 在 篩選鎘超積累 莧菜 品種 基礎(chǔ)上 ，研究根系分泌有機(jī)酸 以及外加有機(jī)酸對(duì) 莧菜 鎘吸 收 和積累 的 影響 ， 莧菜 根系 鎘 吸收 和 運(yùn)輸 特性 以及相關(guān)分子 機(jī) 制 。 論文 取得的 主要 結(jié)果與 進(jìn)展如下 ： 23 個(gè)莧菜品種 (.)中篩選 鎘富集能力 強(qiáng) 的品種。結(jié)果顯示，莧菜品種 天星米 在加鎘水平 3 條件下，總吸鎘量、地上部吸鎘 量在所有供試品種中均最高，地上部鎘 濃度 為 260 mg/采用 土壤 培養(yǎng)試驗(yàn)方法， 研究 鎘污染 的赤紅壤、黃棕壤 和 菜園土天星米 生長(zhǎng)及 修復(fù) 效果 。結(jié)果表明，在土壤 度 25 mg/件下，其地上部鎘 濃度 最大 ， 達(dá)到 212 mg/集系數(shù)最大為 上部?jī)艋首畲鬄?。各加鎘水平 下天星米 總生物量 和 地上部生物量均未顯著降低，具備了鎘超積累植物的特征。 究低鎘積累型莧菜紫背莧和高鎘積累型莧菜天星米在鎘脅迫下低分子量有機(jī)酸分泌特征及其與莧菜鎘生物積累的關(guān)系。結(jié)果表明，隨供鎘濃 度增加，紫背莧根、莖和葉生物量顯著降低，而天星米生物量未發(fā)生明顯改變。不同 供鎘濃度 條件下，莧菜分泌的有機(jī)酸總量表現(xiàn)為天星米遠(yuǎn)高于紫背莧，有機(jī)酸含量均表現(xiàn)為檸檬酸 蘋果酸 乙酸 丙酸 丁酸，且以檸檬酸和蘋果酸為主。兩品種各有機(jī)酸數(shù)量占有機(jī)酸總量的比例基本一致。隨供鎘濃度增加，兩個(gè)莧菜品種根分泌的各有機(jī)酸量增加，各有機(jī)酸分泌量的增幅均表現(xiàn)為天星米大大高于紫背莧，植株根、莖和葉鎘 濃度 與積累量也相應(yīng)表現(xiàn)為天星米大大高于紫背莧。莧菜鎘的生物積累與有機(jī)酸種類沒有特異性關(guān)系，但與有機(jī)酸的總量有關(guān)。鎘脅迫誘導(dǎo)根系分泌有機(jī)酸 的數(shù)量，在引起兩品種對(duì)鎘吸收的差異方面起重要作用。 3. 采用 盆栽試驗(yàn)及土壤培養(yǎng)等 方法，研究添加蘋果酸 、 檸檬酸對(duì)赤紅壤和 黃棕壤中鎘的形態(tài)轉(zhuǎn)化以及莧菜天星米鎘生物積累的影響。結(jié)果表明， 與 5mg/理比較， 5mg/果酸、 5mg/檬酸處理對(duì)莧菜生物量未產(chǎn)生影響，但顯著增加莧菜根系及地上部鎘含量；添加蘋果酸以及檸檬酸處理顯著降低土壤專性吸附態(tài) 量，卻顯著增加了交換態(tài) 酸鹽結(jié)合態(tài) 有機(jī)結(jié)合態(tài) 量。說明添加蘋果酸以及檸檬酸 能夠通過影響土壤鎘形態(tài)轉(zhuǎn)化而促進(jìn)莧菜 對(duì)鎘的積累。 4. 采用 109蹤方法 ，研究 收動(dòng)力學(xué) 特征以及缺 鐵對(duì) 莧菜根系 收 和 運(yùn)輸?shù)挠绊憽?結(jié)果表明， 小于 13 下，根系 吸收動(dòng)力學(xué) 符合 和動(dòng)力學(xué)模型 ； 大于 13 下，根系 收 線性增加 。 加鐵和缺鐵條件下 根系 收 和 ， 最大吸收速率 別 為 45 和 130 g (h， 說明 莧菜根系 收受 缺鐵 誘導(dǎo)而增強(qiáng) 。研究還發(fā)現(xiàn)， 從形態(tài)學(xué) 上 完整的根細(xì)胞壁只觀察到線性吸收 現(xiàn)象 ， 通道抑制劑 夠部分抑制飽和及線性吸收過程，代謝抑制劑 抑制飽和吸收過程 ，說明 線性吸收反映 了 合在根細(xì)胞壁的 過程 ，而飽和吸收 指示了 跨根細(xì)胞原生質(zhì)膜的 主動(dòng) 運(yùn)輸 過程 。 . 采 用 端快速擴(kuò)增的方法（ ， 從 超積累 莧菜 品種 分離到一個(gè) 因，其長(zhǎng)度為 662列比對(duì)及系統(tǒng)進(jìn)化樹分析表明：莧菜 因部分序列編碼的蛋白與其它 源性（ ，并且與擬南芥鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和擬南芥鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白聚 類在一起。生物信息學(xué)分析表明：莧菜 因 編碼蛋白含有 3 個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域， 具有金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 交試驗(yàn)表明，莧菜 因的表達(dá)受環(huán)境缺鐵脅迫所誘導(dǎo) 。 本試驗(yàn) 結(jié)果 初步證明了從莧菜中分離的 因 是 族 的一員，缺鐵誘導(dǎo)該基因表達(dá)增強(qiáng)， 其調(diào)控莧菜鎘的吸收。 關(guān)鍵詞： 莧菜， 鎘 ， 超積累，低分子量有機(jī)酸 ， 鎘 吸收， 因 he of to as a of an up in of or .) is be as In on of in of d in of in as 1. To Cd 3 to d by d 3 , in of 60 mg/to of d , 10 5 mg/to In d 25 mg/in of 12 mg/, d is a d be to be in d 2. To in of a d we of .)， a d a d , 1 .5 ) wk of d In in in of of d IV in to be Cd in d Cd in to in in d an d by d of 3. to of on d in as d in a d d 25mg/kg 5mg/ no on in d in of of d, d d d to d in 4. to 09e in of It 09be by a be a 0) a 13 ) d .0 of 5 30 g (h of in of be in of a 09Cd by in of 5. A a 62bp by a a be a of IP be e d is by in V 錄 第一章 緒論 . 1 土壤鎘污染的成因 . 2 壤中鎘的分布及形態(tài) . 2 壤中鎘污染的來源 . 2 土壤對(duì)鎘的吸附與解吸特性 . 3 壤鎘吸附的特點(diǎn) . 3 響土壤鎘吸附與解吸的因子 . 3 鎘在植物體內(nèi)的分布與限量標(biāo)準(zhǔn) . 5 在植物體內(nèi)的分布及對(duì)植物生長(zhǎng)的影響 . 5 同植物鎘的累積差異 . 5 的限量標(biāo)準(zhǔn) . 5 治理鎘污染土壤的工程與農(nóng)藝措施 . 6 理化學(xué)治理的工程措施 . 6 用改良劑的農(nóng)藝措施 . 6 鎘污染土壤的植物修復(fù)技術(shù) . 7 污染土壤植物修復(fù)的方法 . 7 超積累植物的特點(diǎn) . 7 超積累植物的應(yīng)用 . 8 物對(duì)鎘的吸收和運(yùn)輸生理特性 . 8 系分泌物對(duì)鎘吸收的影響 . 9 物螯合肽（ 金屬硫蛋白（ 作用 . 9 物對(duì)鎘的吸收運(yùn)輸機(jī)制 . 10 物鎘吸收的分子機(jī)理 . 11 文研究契機(jī)和技術(shù)路線 . 14 究契機(jī) . 14 術(shù)路線 . 14 第二章 鎘超積累莧菜品種的篩選 . 15 言 . 15 料與方法 . 15 試材料 . 15 液培養(yǎng)試驗(yàn) . 15 壤培養(yǎng)試驗(yàn) . 17 定方法 . 17 據(jù)處理 . 17 果與分析 . 18 鎘超積累莧菜品種的篩選 . 18 鎘超積累莧菜對(duì)鎘污染土壤的修復(fù)潛力 . 20 討論 . 25 結(jié) . 25 第三章 莧菜根際低分子量有機(jī)酸與鎘吸收的關(guān)系 . 27 言 . 27 料與方法 . 27 材培養(yǎng) . 27 驗(yàn)設(shè)計(jì) . 27 定方法 . 28 據(jù)處理 . 28 果與分析 . 28 菜生物量 . 28 植株鎘濃度與鎘累積量 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 際低分子量有機(jī)酸組成 . 30 菜根際蘋果酸和檸檬酸分泌量與鎘生物積累的關(guān)系 . 32 論 . 33 際低分子量有機(jī)酸對(duì)莧菜鎘生物積累的影響 . 33 加鎘對(duì)莧菜根際低分子量有機(jī)酸分泌具有誘導(dǎo)作用 . 34 結(jié) . 34 第四章 添加有機(jī)酸對(duì)土壤鎘形態(tài)轉(zhuǎn)化及莧菜鎘積累的影響 . 35 言 . 35 料與方法 . 35 試土壤 . 35 壤培養(yǎng)試驗(yàn) . 35 驗(yàn)室培養(yǎng)試驗(yàn) . 36 定方法 . 36 數(shù)據(jù)處理 . 36 果與分析 . 37 株生物量 . 37 植株鎘濃度和鎘累積 量 . 37 鎘生物富集系數(shù)與凈化率 . 39 土壤鎘形態(tài)變化 . 39 論 . 40 結(jié) . 41 第五章 莧菜根系 吸收特性 . 43 言 . 43 料與方法 . 43 材培養(yǎng) . 43 驗(yàn)設(shè)計(jì) . 44 定方法 . 45 果與分析 . 45 系吸收 間動(dòng)力學(xué)特征 . 45 系吸收 度動(dòng)力學(xué)特征 . 47 胞壁吸收 度動(dòng)力學(xué)特征 . 48 通道抑制劑對(duì)根系吸收 力學(xué)特征的影響 . 48 謝抑制劑對(duì)根系吸收 力學(xué)特征的影響 . 50 鐵對(duì)莧菜鎘吸收的影響 . 51 論 . 52 結(jié) . 52 第六章 莧菜 因克隆與表達(dá)特征 . 54 言 . 54 料與方法 . 54 材培養(yǎng) . 54 菜根系總 提取方法 . 54 菜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 因的克隆 .