Cd、Pb复合胁迫下湿地匍灯藓(Plagiomnium acutum)重金属累积效应及抗氧化系统响应

采用浸没培养方法研究了不同浓度Cd、Pb复合胁迫下湿地匍灯藓(Plagiomnium acutum)重金属的累积效应及抗氧化系统的响应。结果显示:复合胁迫下Pb显著抑制湿地匍灯藓对Cd的吸收,与低Pb水平(20 mg·L-1)相比(对照无检出值),在低Cd(2mg·L-1)处理时,随Pb处理浓度增加,藓体内Cd累积量分别降低了30.1%和78.4%;在高Cd(50 mg·L-1)水平处理时,其降幅则分别达到了35.0%和86.9%。复合胁迫引起湿地匍灯藓脂质过氧化终产物丙二醛(MDA)含量随胁迫程度加大而持续升高,当复合胁迫浓度达到最大时,MDA含量也达到了最大,与对照相比显著增加7162%。与此同时,超氧化物歧化酶(SOD)活性和脯氨酸含量也呈现了应激性增加,且均在最高复合胁迫浓度处理时达到最大,与对照相比分别增加237.4%和2049%,而过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性则持续降低。基于此,可以认为:Cd、Pb复合胁迫下,Pb对Cd的累积效应有明显的抑制作用,且这种抑制作用有浓度依赖性;Cd、Pb复合胁迫所致细胞氧化损伤的主要来源为过氧化物的清除能力低下所致过氧化物积累。

湿地匍灯藓(Plagiomnium acutum)的防御机制对镉胁迫的响应

采用浸没培养实验研究不同浓度镉溶液(0、2、5、50mg·L-1)对湿地匍灯藓(Plagiomnium acutum)的膜系统、光合系统的损伤情况及其抗氧化酶系统的影响。结果表明:湿地匍灯藓外表伤害症状随Cd胁迫浓度增加而加重;湿地匍灯藓对Cd有较强的生物富集能力,且藓体Cd累积量与溶液Cd浓度显著正相关(P<0.05);湿地匍灯藓的总叶绿素含量随Cd浓度增加显著降低,其含量与可溶性蛋白含量显著正相关(P<0.05);Cd胁迫引起湿地匍灯藓的丙二醛(MDA)积累,同时伴随可溶性糖和游离脯氨酸含量显著增加,其中可溶性糖含量与MDA含量显著正相关(P<0.05);可溶性蛋白含量和过氧化氢酶(CAT)活性随Cd浓度增加均持续下降,而超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活性却随Cd浓度增加而呈现逐渐上升趋势,其中可溶性蛋白和CAT活性均与MDA含量显著负相关(P<0.05),SOD活性则与MDA含量显著正相关(P<0.05),POD活性与MDA含量极显著正相关(P<0.01)。Cd胁迫抑制或降解光合作用相关酶类、细胞膜质过氧化和蛋白质代谢紊乱可能是湿地匍灯藓遭受Cd毒害的主要原因;湿地匍灯藓通过增加可溶性糖含量、SOD和POD活性来抵御Cd的毒害,但由于CAT活性丧失,使湿地匍灯藓的防御系统崩溃,最终导致了湿地匍灯藓细胞的凋亡。可溶性糖、SOD和POD可以作为湿地匍灯藓防御Cd毒害的指标。

Cd、Pb胁迫下湿地匍灯藓(Plagiomnium acutum)叶绿素荧光特性研究

采用浸没培养实验研究了不同浓度Cd(0、1、5、10 mg·L-1)、Pb(0、10、25、50 mg·L-1)单一以及二者低、中、高浓度组合复合处理对湿地匍灯藓(Plagiomnium acutum)叶绿素荧光以及细胞膜透性的影响。结果表明:(1)湿地匍灯藓Fv/Fm、Fv/Fo、Fv′/Fm′、ETR、Y(II)的下降程度与Cd、Pb胁迫浓度及胁迫时间存在明显的剂量、时间-效应关系;随胁迫时间延长,Y(NO)总体呈现持续上升的趋势,qN表现为先升后降,而qP则呈现出先降后升趋势。(2)湿地匍灯藓的叶绿素荧光参数对Pb、Cd胁迫的响应存在差异,单一Pb胁迫初期各荧光参数即出现不同程度的下降,单一Cd胁迫下上述参数均在处理第4 d才出现明显下降;在胁迫第1 d,中、低浓度Cd、Pb单一及复合胁迫均引起湿地匍灯藓的Fv/Fm、Fv/Fo、Fv′/Fm′增加。(3)Cd、Pb胁迫均使处理液电导率升高,升幅大小顺序为Cd/Pb复合胁迫>Cd胁迫>Pb胁迫。表明湿地匍灯藓在Cd、Pb胁迫初期可通过应激性增加PSII活性中心数来抵御重金属的毒害,但由于电子传递和热耗散能力较弱,使PSII活性中心受损,最终导致光合系统损伤;Cd、Pb复合胁迫对湿地匍灯藓细胞膜的损伤和毒害作用显著强于单一胁迫,Cd对细胞膜的毒害作用又强于Pb;Fv/Fo可作为Cd、Pb胁迫的敏感指标。

湿地匍灯藓(Plagiomnium acutum)对Pb胁迫的生物标志物响应

采用浸没培养实验研究了不同浓度Pb胁迫下湿地匍灯藓(Plagiomniumacutum)的总叶绿素、丙二醛、可溶性糖、游离脯氨酸含量以及抗氧化酶活性等生理生化生物标志物的变化,以探讨Pb胁迫下湿地匍灯藓的受损和耐受机理。结果表明,湿地匍灯藓外表伤害症状与Pb胁迫浓度存在明显的剂量-效应关系;低浓度(20mg·L-1)Pb胁迫可以显著地促进湿地匍灯藓的总叶绿素含量增加,而中、高浓度(50mg·L-1)Pb胁迫则导致总叶绿素含量显著降低。湿地匍灯藓对Pb具有较强的生物富集能力,且藓体Pb的累积量与环境Pb浓度呈显著正相关。湿地匍灯藓体内MDA和游离脯氨酸含量随Pb胁迫浓度的增加表现为显著升高。可溶性糖含量仅在高浓度Pb胁迫下显著升高。可溶性蛋白含量、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均随Pb胁迫浓度的增加而显著下降,其中CAT活性的降幅最大,SOD活性随Pb胁迫浓度的增加逐渐显著增加。在高浓度Pb胁迫下,由于细胞膜脂过氧化和蛋白质变性失活所导致的膜保护体系损伤可能是湿地匍灯藓Pb中毒的主要原因,而渗透调节可能是其缓解Pb毒害的一种主要方式,SOD则在清除Pb胁迫产生的活性氧自由基过程中起重要作用。总叶绿素、丙二醛、游离脯氨酸、可溶性蛋白、CAT和SOD可以作为湿地匍灯藓受Pb胁迫的敏感生物标志物。

脱水与复水过程中湿地匍灯藓的生理生化响应

研究了脱水与复水过程中湿地匍灯藓的渗透调节能力、抗氧化保护系统以及DNA损伤与修复的影响。结果表明:(1)在脱水过程中,游离脯氨酸、可溶性糖、还原性糖含量均出现明显增加,脱水12h时达到最大;细胞膜透性上升;超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶活性均持续上升,抗坏血酸含量则逐渐降低;DNA损伤明显加大,脱水24h时DNA已全部降解为低分子量片段。(2)在复水过程中,以上各项指标变化趋势与脱水处理时刚好相反。表明湿地匍灯藓具备复苏植物的典型特征,在含水量变化(变水)过程中具有较强的抗干(旱)性,其抗逆性主要体现为修复能力。

Cd对湿地匍灯藓叶绿体损伤与活性氧的影响

为探讨不同镉(Cd)浓度胁迫对湿地匍灯藓(Plagiomnium acutum)叶绿体、Cd的亚细胞分布及活性氧代谢的影响,设置了4个Cd浓度梯度(0、1、5、10 mg·L^-1),采用浸没培养方法对湿地匍灯藓进行处理。结果表明:随Cd胁迫浓度增加,细胞损伤加大,叶绿体严重皱缩成球状,同时细胞空泡化程度也逐渐加重。Cd在亚细胞组分中的分布为:细胞壁>细胞器>可溶部分。随Cd浓度增加,细胞器中Cd累积量增加;随Cd胁迫浓度的增加,湿地匍灯藓体内超氧阴离子自由基(O2^-·)的产生速率先降后升,过氧化氢(H2O2)的含量则持续上升,均在10 mg·L^-1时达到最大值,与对照相比,二者分别增加了7.9%和13.7%;与之对应,抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性和谷胱甘肽还原酶(GR)活性均显著增加,与对照相比,两种酶活性分别增加了947%和430%、810%和765%、712%和1125%;藓体内抗坏血酸含量与Cd存在剂量效应关系,尤其是还原型抗坏血酸(ASA),与对照相比分别增加了42.7%、72.7%和89.2%。综上所述,进入藓体内的Cd可能通过攻击叶绿体,使APX变性失活,诱导活性氧产生;而抗坏血酸-谷胱甘肽途径可能是湿地匍灯藓体内主要的活性氧清除机制。

湿地匍灯藓监测大气污染的初步研究

本研究监测了湖南省某市5个点位2个时段的大气SO_2、NO_2、CO、PM_(2.5)污染实况,同期检测了自然暴露的湿地匍灯藓的Chlo、MDA、Pro水平。监测和检测结果显示,PM_(2.5)是影响空气质量的主要因子,Pro是比Chlo、MDA更灵敏的监测指标;相关系数分析显示,PM_(2.5)与湿地匍灯藓之间的污染物浓度—生理指标水平关系具有更高的相关性。本研究认为,湿地匍灯藓Pro可应用于PM_(2.5)污染的短期追溯性监测和现状监测。

高温胁迫下藓类植物游离脯氨酸含量的变化

对于高温胁迫条件下湿地匍灯藓 (Plagiomniumacutum)和大羽藓 (Thuidiumcymbifolium)体内游离脯氨酸积累及其与处理时间和处理温度的关系进行了初步的研究 .结果显示 ,高温胁迫与水分和渗透胁迫一样能够诱导植物体内游离脯氨酸的积累 .在一定的高温胁迫强度范围内 ,游离脯氨酸含量随处理温度的升高和处理时间的延长而增加 ;两种藓类植物中游离脯氨酸含量变化与处理温度的关系是一“S”形曲线 ,当温度从 35℃升高到 5 0℃时 ,游离脯氨酸含量增加了近 3倍 .