美洲商陆耐重金属的生理机制研究
由于一些植物长期生活在不同重金属浓度的生境中，不同种群之间往往会产生不同重金属耐性或积累能力。从种群水平上研究美洲商陆在重金属污染环境下的相关生理机制，可为研究超积累植物对重金属污染土壤修复提供一定的研究思路。故本研究以美洲商陆为材料，利用来自9个不同种群的种子进行水培培育，并进行镉（Cd）、锰（Mn）处理，分别从形态指标、荧光参数、MDA含量、H2O2含量、可溶性糖和重金属含量等方面观察美洲商陆在这两种重金属处理下的相关指标变化，从而进一步分析美洲商陆耐重金属的相关生理机制。
目录
摘要2
关键词2
Abstract2
Key words2
引言2
1材料与方法3
1.1美洲商陆幼苗培养 3
1.2美洲商陆形态指标测定 3
1.3美洲商陆荧光参数的测定4
1.4 MDA含量测定4
1.5 H2O2含量测定4
1.6可溶性糖含量测定4
1.7金属含量测定5
1.8数据处理5
2结果与分析 5
2.1美洲商陆种群对Mn的耐性及积累 5
2.1.1重金属对美洲商陆叶片生长形态指标的影响5
2.1.2 Mn对美洲商陆叶片叶绿素荧光参数的影响8
2.1.3 重金属对美洲商陆叶片MDA含量的影响8
2.1.4 重金属对美洲商陆叶片H2O2的影响9
2.1.5 重金属对美洲商陆叶片可溶性糖的影响10
2.2美洲商陆种群对Cd的耐性及积累10
2.2.1重金属对美洲商陆叶片生长形态指标的影响10
2.2.2重金属对美洲商陆叶片叶绿素荧光参数的影响13
2.2.3重金属对美洲商陆叶片MDA的影响14
2.2.4重金属对美洲商陆叶片H2O2的影响14
2.2.5重金属对美洲商陆叶片可溶性糖的影响15
3讨论16
致谢17
参考文献17
美洲商陆耐重金属的生理机制研究
引言
重金属是广泛存在于环境中的有毒有害污染物，在矿 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
区中存在的有害重金属浓度更高。不同矿区尾矿中有害重金属的浓度不同，其有机质、氮、磷的含量均很低，大概只有正常植被覆盖土壤平均背景值的20%~30%【1】。矿产资源的开发利用所造成的土壤重金属污染由地球化学链、食物链进入生物体，给矿山及其周边地区居民的食品安全、生态安全甚至社会和谐带来严重隐患，因此对矿区污染土壤的生态恢复就显得十分重要【2】。而生态的恢复可以利用植物对重金属的吸收从而改善土壤中有害重金属含量。故对不同植物进行耐重金属性生理机制研究至关重要。不同的植物对不同重金属的耐性强弱及生理机制也不同。
美洲商陆（phytolacca americana）属商陆科（phytolaccaceae）商陆属（phytolacca）是多年生草本植物，根粗壮肥大，茎常带红晕。早期关于美洲商陆的研究集中在它的医学药性与毒性方面。2004年开始，陆续有报道发现其对重金属有很强的积累能力，对美洲商陆积累和耐受重金属机理的研究也就越来越受到关注。Xue等最早报道商陆（后订正为美洲商陆）是锰超积累植物【3】。豆长明【4】分析美洲商陆根系各部锰含量，发现次级根和根表锰含量显著高于主根和地上部茎、叶中锰含量，说明美洲商陆体内的锰主要积累在侧根和次根中。Fu等【5】利用差速离心和分级提取的方法研究美洲商陆叶片和根系细胞中镉的分布和结合形态，发现细胞内可溶态和细胞壁结合态的镉占很高比例。本实验室前期研究发现，蒸腾作用在美洲商陆地上积累镉的过程中有很大作用【6】且在镉存心下，加入锰的促进植物生长，且抑制了镉的吸收，说明美洲商陆体内镉、锰有一定的互作【7】。美洲商陆可以在地上部积累大量的镉、锰等重金属，对于这两种不同的金属，其是否利用同样的转运和积累的机制目前尚不清楚。但是已知的是美洲商陆植物本身生物量巨大，而且生长迅速，重金属积累能力很强，是良好的植物修复的应用材料【8】【9】。同时，研究美洲商陆植物转运和积累重金属的机理，提高其根系重金属向上地上部转的效率也更为重要。
生长在污染环境中的美洲商陆(Phytolacca americana)有很强的重金属积累能力,尤其是镉和锰【8】故若能详细了解其耐重金属性的生理机制，便能对其及进行合理的运用及改造，从而更好的运用到植物修复技术中，改善重金属污染等问题。
本课题以美洲商陆为研究对象，研究其对镉、锰等重金属的积累能力，讨论美洲商陆耐重金属性生理生化机制的影响因素，欲为采用矿区植物对重金属污染土壤的修复提供理论依据并且希望能对重金属污染土壤修复中植物的选择提供相应依据。
材料与方法
1.1美洲商陆幼苗培养
本实验选择不同9个种群的美洲商陆种群进行实验，种群的来源分布见表11，先干燥处理，再去除瘪粒、霉粒，挑选出饱满优质的种子。合格的种子在浓硫酸中浸泡20min，用水冲洗种子。将美洲商陆种子播种在蛭石基质上发芽，待幼苗长至2片子叶全部打开时，选取长势和大小一致的幼苗，将其移栽到1L的塑料杯中，每个塑料杯种3株美洲商陆。开始时在去离子水中预培养2天，然后使用1/8 Hoagland营养液培养，再逐步换为1/4、1/2和完全Hoagland培养液。每2天换一次培养液，并用HCl或NaOH溶液将营养液pH调至5.2。Hoagland营养液中具体成分为：2.5 mM Ca(NO3)2、2.5mM KNO3、l.0 mM MgSO4、0.5mM KH2PO4、20 μM FeEDTA、46μM H3BO3、0.32μM CuSO4、0.71μM ZnSO4、11.1μM MnCl2、0.38μM H2MoO4。
美洲商陆幼苗长至4叶1心期（不包括子叶）时，开始处理，处理浓度分别为Control、20 mmol L1 Mn、20 μmol L1 Cd。Mn和Cd分别以MnCl2母液和CdCl2母液的形式添加到Hoagland营养液中。对照为Hoagland营养液，每2天换一次处理液，处理20d。
处理结束收苗时，先将美洲商陆幼苗用去离子水冲洗，再将根系浸泡在CaCl2溶液中，用去离子水冲洗几次，然后用吸水纸将表面的水分吸除。分别测量株高，根长，鲜重等形态指标，测定根长时以最长的主根为准。取样时采集成熟叶片的倒三叶，用锡箔纸包裹并放入液氮中冷却，最后放入80℃冰箱中保存【10】。
表11 美洲商陆野外采样点信息
目录
摘要2
关键词2
Abstract2
Key words2
引言2
1材料与方法3
1.1美洲商陆幼苗培养 3
1.2美洲商陆形态指标测定 3
1.3美洲商陆荧光参数的测定4
1.4 MDA含量测定4
1.5 H2O2含量测定4
1.6可溶性糖含量测定4
1.7金属含量测定5
1.8数据处理5
2结果与分析 5
2.1美洲商陆种群对Mn的耐性及积累 5
2.1.1重金属对美洲商陆叶片生长形态指标的影响5
2.1.2 Mn对美洲商陆叶片叶绿素荧光参数的影响8
2.1.3 重金属对美洲商陆叶片MDA含量的影响8
2.1.4 重金属对美洲商陆叶片H2O2的影响9
2.1.5 重金属对美洲商陆叶片可溶性糖的影响10
2.2美洲商陆种群对Cd的耐性及积累10
2.2.1重金属对美洲商陆叶片生长形态指标的影响10
2.2.2重金属对美洲商陆叶片叶绿素荧光参数的影响13
2.2.3重金属对美洲商陆叶片MDA的影响14
2.2.4重金属对美洲商陆叶片H2O2的影响14
2.2.5重金属对美洲商陆叶片可溶性糖的影响15
3讨论16
致谢17
参考文献17
美洲商陆耐重金属的生理机制研究
引言
重金属是广泛存在于环境中的有毒有害污染物，在矿 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
区中存在的有害重金属浓度更高。不同矿区尾矿中有害重金属的浓度不同，其有机质、氮、磷的含量均很低，大概只有正常植被覆盖土壤平均背景值的20%~30%【1】。矿产资源的开发利用所造成的土壤重金属污染由地球化学链、食物链进入生物体，给矿山及其周边地区居民的食品安全、生态安全甚至社会和谐带来严重隐患，因此对矿区污染土壤的生态恢复就显得十分重要【2】。而生态的恢复可以利用植物对重金属的吸收从而改善土壤中有害重金属含量。故对不同植物进行耐重金属性生理机制研究至关重要。不同的植物对不同重金属的耐性强弱及生理机制也不同。
美洲商陆（phytolacca americana）属商陆科（phytolaccaceae）商陆属（phytolacca）是多年生草本植物，根粗壮肥大，茎常带红晕。早期关于美洲商陆的研究集中在它的医学药性与毒性方面。2004年开始，陆续有报道发现其对重金属有很强的积累能力，对美洲商陆积累和耐受重金属机理的研究也就越来越受到关注。Xue等最早报道商陆（后订正为美洲商陆）是锰超积累植物【3】。豆长明【4】分析美洲商陆根系各部锰含量，发现次级根和根表锰含量显著高于主根和地上部茎、叶中锰含量，说明美洲商陆体内的锰主要积累在侧根和次根中。Fu等【5】利用差速离心和分级提取的方法研究美洲商陆叶片和根系细胞中镉的分布和结合形态，发现细胞内可溶态和细胞壁结合态的镉占很高比例。本实验室前期研究发现，蒸腾作用在美洲商陆地上积累镉的过程中有很大作用【6】且在镉存心下，加入锰的促进植物生长，且抑制了镉的吸收，说明美洲商陆体内镉、锰有一定的互作【7】。美洲商陆可以在地上部积累大量的镉、锰等重金属，对于这两种不同的金属，其是否利用同样的转运和积累的机制目前尚不清楚。但是已知的是美洲商陆植物本身生物量巨大，而且生长迅速，重金属积累能力很强，是良好的植物修复的应用材料【8】【9】。同时，研究美洲商陆植物转运和积累重金属的机理，提高其根系重金属向上地上部转的效率也更为重要。
生长在污染环境中的美洲商陆(Phytolacca americana)有很强的重金属积累能力,尤其是镉和锰【8】故若能详细了解其耐重金属性的生理机制，便能对其及进行合理的运用及改造，从而更好的运用到植物修复技术中，改善重金属污染等问题。
本课题以美洲商陆为研究对象，研究其对镉、锰等重金属的积累能力，讨论美洲商陆耐重金属性生理生化机制的影响因素，欲为采用矿区植物对重金属污染土壤的修复提供理论依据并且希望能对重金属污染土壤修复中植物的选择提供相应依据。
材料与方法
1.1美洲商陆幼苗培养
本实验选择不同9个种群的美洲商陆种群进行实验，种群的来源分布见表11，先干燥处理，再去除瘪粒、霉粒，挑选出饱满优质的种子。合格的种子在浓硫酸中浸泡20min，用水冲洗种子。将美洲商陆种子播种在蛭石基质上发芽，待幼苗长至2片子叶全部打开时，选取长势和大小一致的幼苗，将其移栽到1L的塑料杯中，每个塑料杯种3株美洲商陆。开始时在去离子水中预培养2天，然后使用1/8 Hoagland营养液培养，再逐步换为1/4、1/2和完全Hoagland培养液。每2天换一次培养液，并用HCl或NaOH溶液将营养液pH调至5.2。Hoagland营养液中具体成分为：2.5 mM Ca(NO3)2、2.5mM KNO3、l.0 mM MgSO4、0.5mM KH2PO4、20 μM FeEDTA、46μM H3BO3、0.32μM CuSO4、0.71μM ZnSO4、11.1μM MnCl2、0.38μM H2MoO4。
美洲商陆幼苗长至4叶1心期（不包括子叶）时，开始处理，处理浓度分别为Control、20 mmol L1 Mn、20 μmol L1 Cd。Mn和Cd分别以MnCl2母液和CdCl2母液的形式添加到Hoagland营养液中。对照为Hoagland营养液，每2天换一次处理液，处理20d。
处理结束收苗时，先将美洲商陆幼苗用去离子水冲洗，再将根系浸泡在CaCl2溶液中，用去离子水冲洗几次，然后用吸水纸将表面的水分吸除。分别测量株高，根长，鲜重等形态指标，测定根长时以最长的主根为准。取样时采集成熟叶片的倒三叶，用锡箔纸包裹并放入液氮中冷却，最后放入80℃冰箱中保存【10】。
表11 美洲商陆野外采样点信息
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