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拟南芥对多环芳烃胁迫的生理响应

叶媛蓓

   多环芳烃(PAHs)污染是人类面临的一个紧迫的环境问题,对人类的健康也有很大的威胁。目前,有关PAHs对植物的胁迫研究较少,相关报道有限,并且PAHs对拟南芥的生理胁迫研究尚未见报道。因此,本文以野生型拟南芥为材料,选择环境中普遍存在的四环芳烃荧蒽和三环芳烃菲为研究对象,在固体MS培养基培养条件下,研究了在不同浓度、时间荧蒽和菲胁迫条件下拟南芥的生长状况、细胞超微结构及其生理响应。主要研究结果如下: 1、荧蒽胁迫使拟南芥的生长受到抑制,胁迫症状表现为拟南芥个体变小,叶片变小且数量减少,叶片出现黄化现象,根系粗短且数量减少,并且随着荧蒽浓度的升高,拟南芥受害症状加剧。菲胁迫同样抑制了拟南芥的生长,但菲胁迫下拟南芥的受害症状较荧蒽严重,在1.00mmol·L~(-1)和1.25mmol·L~(-1)菲胁迫下还出现苗坏死现象。与CK处理相比,1.00mmol·L~(-1)菲胁迫处理的出苗率明显下降,出苗时间推迟,并且有一些长出的苗死亡,根长明显变短,发根时间推迟,叶绿体扭曲膨胀,基质片层不清晰,排列不规则,线粒体模糊,有个别细胞发生解体现象。 2、不同浓度荧蒽胁迫诱导了拟南芥叶片的生理特性尤其是有关活性氧代谢的变化,表现为:随着荧蒽浓度的升高,拟南芥叶片的叶绿素含量降低,SOD活性提高,CAT活性先下降再上升后下降,POD活性和APX活性均先上升后下降,GSH含量、H_2O_2含量和MDA含量均有不同程度的增加;与CK处理相比,浓度高于0.25mmol·L~(-1)的荧蒽胁迫处理的叶绿素含量均极显著降低、MDA含量均极显著提高,各荧蒽胁迫处理的SOD活性、POD活性、GSH含量和H_2O_2含量均极显著提高,CAT活性均极显著降低;同时,胁迫浓度由1.00mmol·L~(-1)升高到1.25mmol·L~(-1),SOD活性显著提高,在1.00mmol·L~(-1)荧蒽胁迫下,POD活性达到最高值,之后开始极显著下降,在0.75mmol·L~(-1)荧蒽胁迫下,APX活性达到最高值,之后也开始极显著下降。说明在不同浓度荧蒽胁迫下,拟南芥体内活性氧不断产生,诱导了抗氧化酶活性和GSH含量的变化,SOD活性提高以减少O_2的累积,CAT活性对荧蒽胁迫较为敏感,明显受到抑制,POD活性和APX活性开始先上升,表现出一定的适应性,提高了清除H_2O_2的能力,POD活性和APX活性分别在1.00mmol·L~(-1)和0.75mmol·L~(-1)荧蒽胁迫下达到最高值,之后极显著下降,清除H_2O_2的能力降低,GSH含量增加以提高清除H_2O_2的能力,在抗氧化酶和GSH的协同作用下,H_2O_2没有及时清除,导致了H_2O_2的累积,从而导致了叶绿素的分解并加剧了膜脂过氧化作用,即表示为MDA含量的增加,对膜系统造成伤害,进而损伤拟南芥细胞,最终导致拟南芥的毒害症状加剧,其中0.75mmol·L~(-1)~1.00mmol·L~(-1)可能是拟南芥在荧蒽胁迫下维持活性氧自由基产生与清除平衡的极限,是拟南芥丧失自我修复能力的开始,这还有待于进一步研究。 3、与不同浓度荧蒽胁迫一样,不同浓度菲胁迫也诱导了拟南芥叶片的生理特性尤其是有关活性氧代谢的变化,研究结果与2所述结果相似,但相对荧蒽胁迫而言,SOD活性、POD活性、APX活性和GSH含量对菲胁迫敏感的起始浓度及POD活性和APX活性最高的浓度都相应提前,表现为:胁迫浓度由0.75mmol·L~(-1)升高到1.25mmol·L~(-1),SOD活性有极显著的提高,在0.25mmol·L~(-1)菲胁迫下,POD活性达到最高值,胁迫浓度由0.50mmol·L~(-1)升高到0.75mmol·L~(-1),POD活性有极显著的降低,在0.25mmol·L~(-1)菲胁迫下,APX活性达到最高值,之后开始极显著下降,胁迫浓度由1.00mmol·L~(-1)升高到1.25mmol·L~(-1),GSH含量极显著提高。可认为拟南芥的受害机理与2所述相同,但拟南芥对菲的敏感程度高于对荧蒽的敏感程度,且0.25mmol·L~(-1)可能是拟南芥在菲胁迫下维持活性氧自由基产生与清除平衡的极限,是拟南芥丧失自我修复能力的开始,这还有待于进一步研究。 4、不同时间菲胁迫同样诱导了拟南芥叶片的生理特性尤其是有关活性氧代谢的变化,表现为:随着时间的延长,CK处理和1.00mmol·L~(-1)菲胁迫处理的叶绿素含量、POD活性、APX活性、GSH含量、H_2O_2含量和MDA含量均有所提高,CAT活性均有所降低,CK处理的SOD活性提高,1.00mmol·L~(-1)菲胁迫处理的SOD活性先升高后降低,48h时酶活性达到最高值;与CK处理相比,1.00mmol·L~(-1)菲胁迫处理的叶绿素含量降低,短时间两处理差异不显著,随着时间的延长,两处理差异极显著,SOD活性、POD活性极显著提高,CAT活性、APX活性极显著降低,GSH含量在12h时降低,随着时间的延长极显著提高,H_2O_2含量和MDA含量均有所提高,对H_2O_2含量而言,在12h时两处理间的差异不显著,随着时间的延长,两处理间的差异显著。可认为不管是胁迫浓度的升高还是胁迫时间的延长,都意味着胁迫程度的增大,随着胁迫程度的增大,拟南芥体内活性氧自由基不断产生,而抗氧化酶及GSH会产生积极的协同作用,维护拟南芥体内活性氧自由基的产生和清除这个动态平衡,使拟南芥的代谢作用得以正常进行,而当这种协同作用不能及时清除产生的活性氧自由基如H_2O_2时,就会导致H_2O_2的不断累积,从而导致叶绿素分解并加剧了膜脂过氧化作用,即表示为MDA含量的增加,对膜系统造成伤害。……   
[关键词]:多环芳烃;胁迫;膜保护系统;抗氧化酶;拟南芥
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:福建农林大学2007年