Pb在水花生愈伤组织中的超微定位及对矿质元素的影响

水体重金属污染已经成为一个日益严重的环境问题,了解水体重金属污染原理、处理水体重金属,已经成为一个必需解决的课题。由于重金属元素具有难降解、易积累、毒性大等特点,另外还能被水生植物富集吸收进入食物链危害人畜健康。因此,植物对重金属毒害的抗性机理以及提高植物抗重金属胁迫能力的探索研究越来越引起人们的关注。虽然在铅(Pb2+)胁迫下植物的抗氧化反应已经有了一些报道,但有关于植物愈伤组织受到重金属胁迫后变化的研究报道较少。鉴于此,研究将分布广泛的挺水植物水花生进行愈伤组织培养,克服了光照、温度、水分及植物生长发育在自然状态下的不可控制性,使实验数据更具重复性和科学性。经过70%酒精30s、5%次氯酸钠10min和0.1%升汞10min消毒后,在激素为6-BA(3.0 mg/L)和NAA(0.2mg/L)的1/2MS培养基中培养出水花生茎段的愈伤组织并以此作为研究对象,以常见的污染环境的重金属离子—Pb2+为胁迫因子。研究了在不同Pb处理浓度(0、0.2、0.4、0.8和1.6 mmol/L)下愈伤组织对Pb的积累、亚细胞分布、亚显微定位及矿质元素的影响。结果表明,随着培养液中Pb浓度的增加,(1)愈伤组织体内的Pb含量极显著上升,富集系数为2341—2681;(2)各亚细胞组分中的Pb含量都呈逐渐上升的趋势,但分配比例明显不均,分布规律为细胞壁>细胞器>可溶性部分,Pb胁迫与处理浓度间存在显著的剂量—效应关系,Pb在亚细胞分布与对细胞超微结构的损伤关系密切;(3)超微定位观察发现在细胞壁上分布有大量的Pb颗粒,细胞内膜结构及基质中也都存在Pb;⑷Pb对各亚细胞组分中矿质元素的影响不同,其中抑制了大量元素P、K、Mg和微量元素Na、Zn、Mn的吸收;Ca在细胞壁中先升后降,细胞器中逐渐减少,可溶性部分中则是逐渐增加;Fe和B在各亚细胞组分中均表现出先升后降;Cu在前两个组分中总体呈上升趋势,可溶性部分中则是先升后降;Si在细胞壁中逐渐减少,细胞器中呈先升后降的趋势,而可溶性部分中无法测出。可见,Pb打乱了各亚细胞组分中离子平衡,导致愈伤组织正常生理活动紊乱,这些都是Pb毒害水花生愈伤组织的主要表现。

水花生愈伤组织对Pb^(2+)胁迫的响应

利用组织培养技术培养水花生愈伤组织并以此为实验材料,研究不同浓度(0,0.2,0.4,0.8和1.6mmol/L)的Pb2+对水花生愈伤组织光合色素和可溶性蛋白含量、活性氧水平、抗氧化酶活性(CAT、SOD和POD)以及细胞亚显微结构产生的胁迫影响.结果表明,随着Pb2+浓度的增加,水花生愈伤组织光合色素和可溶性蛋白含量逐渐下降;超氧阴离子和过氧化氢含量呈上升趋势,丙二醛含量表现为先升后降;超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性同样呈现先升后降趋势,过氧化氢酶活性则为逐渐下降的趋势;电镜观察发现,Pb2+胁迫对愈伤组织细胞的叶绿体、线粒体和细胞核造成不同程度的损伤,0.8-1.6mmol/L浓度对超微结构产生致命性的毒害.Pb2+破坏了水花生愈伤组织进行正常生长代谢所必需的生理和结构基础,且打乱了代谢平衡,最终导致愈伤组织的死亡.

铬(Cr^(6＋))对水花生愈伤组织的毒害效应

研究了不同浓度的Cr6+(0、0.1、0.2、0.5、1.5 mmol.L-1)对水花生愈伤组织内几种代表性生理生化指标的胁迫效应,并对其进行电镜观察。结果表明:(1)随着Cr6+浓度的增加,总叶绿素、叶绿素a/b和可溶性蛋白含量,均呈先升后降趋势。(2)超氧阴离子(O-2.)和过氧化氢(H2O2)含量在0.1 mmol.L-1时应激性地增加,随后又呈先降后升趋势,但始终高于对照。(3)可溶性糖含量随Cr6+浓度的升高逐渐升高。(4)超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性以及抗坏血酸(ASA)和谷胱甘肽(GSH)含量均表现为先升后降。(5)电镜观察发现,Cr6+使叶绿体类囊体片层扭曲,被膜破损,有巨大淀粉粒存在;线粒体嵴突数目减少,空泡化;核仁松散、消失,染色质凝集;内质网以形成囊泡形式逐渐消失。可见,Cr6+胁迫破坏了水花生愈伤组织的正常生理生化活动,对其细胞超微结构造成了不可逆的损伤。

汞对水花生愈伤组织生理及超微结构的毒性效应

研究了Hg胁迫对水花生致密型愈伤组织叶绿素含量、可溶性蛋白含量、活性氧水平、抗氧化酶活性及细胞超微结构的影响.结果表明,随着Hg施加浓度的增加,总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b、可溶性蛋白含量呈先升后降趋势,叶绿素a/叶绿素b逐渐下降;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性先升后降,而过氧化氢酶(CAT)活性呈逐渐下降趋势;同时,超氧阴离子(O2-·)产生速率、丙二醛(MDA)和过氧化氢(H2O2)含量均呈逐渐上升趋势.电镜扫描结果发现,Hg胁迫破坏了细胞膜系统,特别是对线粒体、叶绿体、细胞核造成了较为严重的不可逆的损伤,所观察到的核膜破裂方式主要是超量分泌膜泡.Hg对水花生愈伤组织的致死浓度范围为20～40μmol·L-1.