小麦幼苗吸收铬的机理研究
小麦幼苗吸收铬的机理研究[20200614171632]
摘要：小麦作为我国最大的粮食作物之一，研究其铬吸收的机理对于粮食安全，以及土壤污染治理等具有重要意义。通过浓度吸收动力学，代谢抑制剂2，4-二硝基苯酚(DNP)，低温处理，离子通道抑制剂处理，必需元素竞争性吸收以及四种有机酸柠檬酸、苹果酸、草酸、甘氨酸不同比例的添加来研究小麦铬吸收的方式，吸收通道以及有机酸对其吸收的影响。结果表明，主动吸收是铬吸收的重要方式。铬吸收与Ca、K、Mg、Cu、Mn、P、Fe离子通道都有关系，其中K、Mg、Mn、P抑制其吸收，Ca、Cu、Fe促进铬吸收；草酸只有在1:1添加时，对小麦根部铬吸收有促进作用，随着添加比例的增加对铬吸收开始抑制，其他三种酸对铬吸收都是抑制作用，这表现为有机酸对铬胁迫下小麦的一种解毒机制。
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关键字:小麦；铬吸收；离子通道；有机酸。
目录
摘要3
关键词3
Abstract3
Key words3
引言3
1材料与方法4
1.1实验方法 4
1.1.1培养小麦幼苗 4
1.1.2浓度吸收动力学 4
1.1.3抑制剂和低温处理 5
1.1.4 H+-ATP酶活性 5
1.1.5必需元素竞争性吸收 5
1.1.6有机酸对铬吸收的影响 5
1.1.7测定方法 5
2结果与分析 5
2.1浓度动力学 5
2.2吸收方式 6
2.3吸收途径 7
2.3.1 离子通道抑制剂 7
2.3.2 不同离子对小麦铬吸收的影响 8
2.4有机酸对吸收的影响 8
3结论与讨论10
3.1小麦吸收铬的方式10
3.2小麦吸收铬的途径11
致谢12
参考文献12
小麦幼苗吸收铬的机理研究
生物技术 孙宇
引言
引言
铬是在工业上运用越来越多的重金属，许多工业，例如电镀、印染、铬矿冶炼、机器制造、油漆和涂料等行业，排放的废弃物都含有大量的铬。我国每年铬盐生产能力25万吨，占全世界20%以上，已经成为世界铬盐生产第一大国。目前国内未经处理堆存的铬渣量仍高达400多万吨，遍布20多个省市自治区。大量铬随着废弃物进入土壤，土壤中的铬可通过植物、动物、人体这条食物链逐级积累，作为一种毒性较大的致畸、致突变剂，铬对食物链中的各级生物产生 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
严重危害，对人体健康有很大的威胁[1]。
作为全世界种植面积最大的作物，小麦产量及食品安全与人民健康息息相关。有越来越多的研究表明，小麦受重金属污染已经呈现出范围逐渐扩大、并逐年加重的趋势，必须引起足够的重视[2]。研究小麦对六价铬的吸收、耐性等方面的机理以及小麦幼苗对鉻胁迫应答的品种间差异及其生理基础，与培育耐性品种，合理利用鉻污染土壤，预防小麦早期受害，提高污染土壤上植物生长的安全性都有密切的关系。
现有研究表明，环境中的铬主要以Cr3+和Cr6+两种氧化形态存在，虽然Cr3+是人类和动物必需的营养元素，但Cr3+和Cr6+对植物都具有严重的毒害作用，且Cr6+的毒性远强于Cr3+[11]，与镉、铅、铝等重金属相比，铬的电子化学结构更为复杂，在自然条件下Cr3+与Cr6+极易通过氧化还原反应发生相互转化，这些特性使铬毒害和耐性研究相对迟缓[3]。
在土壤溶液中，Cr6+通常以Cr2O72-和CrO42-形式存在，由于六价铬化合物CrO42-在化学结构上与S042-具有一定的相似性[16]，由此有研究推测，CrO42-是通过以S042-的转运系统进入植物体内的[4]。在土壤pH<6时，Cr6+主要以HCrO4-的形式被吸附，这是一种较弱的静电吸附，即非专性吸附；随着pH值增高，水合氧化铁表面正电荷减少，负电荷增多，对Cr6+的吸附能力迅速降低[5][6]。
在流动营养液中添加相同浓度Cr3+和Cr6+，对植物的有效性几乎相同，但植物对两种离子的吸收机制并不一样。植物对Cr3+的吸收是被动的过程，Cr6+是主动吸收[7]。
Cr6+的吸收还与根系分泌物有关[8]，有机酸、氨基酸和酚类化合物能与Cr、Pb等重金属离子形成络合物，增加它们的生物有效性，有利于植物吸收[9]。吸附在根表或根毛皮层上的重金属离子可通过质外体或共质体途径进入根细胞[10]。
国内外虽对小麦受重金属污染的现状以及小麦对一些重金属的富集行为有一定的研究，但有关小麦对六价铬的吸收、运输及耐性机理研究鲜有报道，有必要进行深入探讨。
1 材料与方法
1．1 实验方法
1.1.1 培养小麦幼苗
实验地点在大学牌楼，供试材料为2个小麦品种，一个耐性品种鲁22和一个敏感品种周9，挑选大小一致的种子经20%双氧水消毒10min后，在光照培养箱中避光萌发，昼夜温度分别为22℃和18℃。挑取露白一致的种子进行石英砂培养，保持阳光充足，石英砂湿润。待长至一叶一心后将苗移到培养箱中营养液培养。采用Hogland营养液，大量元素为(mg/L): KNO3、Ca(N03)24H2O、CaCl2、（NH4）2SO4、MgS047H20、KH2PO4、Fe-EDTA、微量元素为:H3BO3、MnSO4H2O、Zn2SO47H2O、H2Mo04、CuSO45H2O。
保持白天通气，控制营养液pH5.1左右(用NaOH或HCl调节)。试验环境是在自然温度,自然光照。培养10天，长至三叶一心后选取长势一致的幼苗进行Cr6+ 处理，每2天更换一次营养液。
1.1.2 浓度吸收动力学
设置0、25、50、75、100、200、300、400、500、600μMCr6+ 10个不同的处理浓度，各浓度均设3个重复，每个重复5株苗 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
。Cr6+以重铬酸钾（K2Cr2O7）形式添加，溶液调PH为5.1，处理12h，收获。
1.1.3 抑制剂和低温处理
分为五组，第一组，100μMCr6+；第二组，100μMCr6++500μMDNP；第三组，100μMCr6++1mMLaCl3；第四组，100μMCr6++5mM TEA；第五组，100μMCr6+，保持温度在 0℃。五组分别处理12h，收获。
1.1.4 H+-ATP酶活性
分别设定0、10、100μM三个浓度，处理12h，收获幼苗根部测定H+-ATP酶活性。
1.1.5 必需元素竞争性吸收
必需元素对小麦铬吸收的影响，设置100μMCr6+；100μMCr6+-Fe；100μMCr6++ 300μMFeCl3；100μMCr6-P；100μMCr6++ 8mMKH2PO4；100μMCr6+-S；100μMCr6++ 8mMK2SO4；100μMCr6+-Mn；100μMCr6++ 300μMMnCl2；100μMCr6+-Zn；100μMCr6++ 300μMZnCl2；100μMCr6+-Cu；100μMCr6++ 300μMCuCl2；100μMCr6+-Mg；100μMCr6++ 8mMMgCl215个处理，每个处理5株苗，3个重复。12h后收获。
1.1.6 有机酸对铬吸收的影响
不同有机酸与铬的浓度配比实验，设置对照，100μMK2Cr2O7与柠檬酸、草酸、苹果酸、麦根酸、甘氨酸分别按1:0、1:1、1:5、1:10、1:50、1:100 （w/w）进行处理，处理12h，收获。
图2.3.1 鲁22和周9在钙离子通道抑制剂和钾离子通道抑制剂处理下铬含量变化
从图2.3.1可以看出，LaCl3 对两个品种根部的铬吸收有显著的促进作用，鲁22根中铬含量上升了33%，周9上升了13%；
[5] Anderson RA，et al. Chromium as an essential nutrient for humans[J]. Regulatory Toxicology And Pharmacology, 1997, 26: 35-41.
摘要：小麦作为我国最大的粮食作物之一，研究其铬吸收的机理对于粮食安全，以及土壤污染治理等具有重要意义。通过浓度吸收动力学，代谢抑制剂2，4-二硝基苯酚(DNP)，低温处理，离子通道抑制剂处理，必需元素竞争性吸收以及四种有机酸柠檬酸、苹果酸、草酸、甘氨酸不同比例的添加来研究小麦铬吸收的方式，吸收通道以及有机酸对其吸收的影响。结果表明，主动吸收是铬吸收的重要方式。铬吸收与Ca、K、Mg、Cu、Mn、P、Fe离子通道都有关系，其中K、Mg、Mn、P抑制其吸收，Ca、Cu、Fe促进铬吸收；草酸只有在1:1添加时，对小麦根部铬吸收有促进作用，随着添加比例的增加对铬吸收开始抑制，其他三种酸对铬吸收都是抑制作用，这表现为有机酸对铬胁迫下小麦的一种解毒机制。
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关键字:小麦；铬吸收；离子通道；有机酸。
目录
摘要3
关键词3
Abstract3
Key words3
引言3
1材料与方法4
1.1实验方法 4
1.1.1培养小麦幼苗 4
1.1.2浓度吸收动力学 4
1.1.3抑制剂和低温处理 5
1.1.4 H+-ATP酶活性 5
1.1.5必需元素竞争性吸收 5
1.1.6有机酸对铬吸收的影响 5
1.1.7测定方法 5
2结果与分析 5
2.1浓度动力学 5
2.2吸收方式 6
2.3吸收途径 7
2.3.1 离子通道抑制剂 7
2.3.2 不同离子对小麦铬吸收的影响 8
2.4有机酸对吸收的影响 8
3结论与讨论10
3.1小麦吸收铬的方式10
3.2小麦吸收铬的途径11
致谢12
参考文献12
小麦幼苗吸收铬的机理研究
生物技术 孙宇
引言
引言
铬是在工业上运用越来越多的重金属，许多工业，例如电镀、印染、铬矿冶炼、机器制造、油漆和涂料等行业，排放的废弃物都含有大量的铬。我国每年铬盐生产能力25万吨，占全世界20%以上，已经成为世界铬盐生产第一大国。目前国内未经处理堆存的铬渣量仍高达400多万吨，遍布20多个省市自治区。大量铬随着废弃物进入土壤，土壤中的铬可通过植物、动物、人体这条食物链逐级积累，作为一种毒性较大的致畸、致突变剂，铬对食物链中的各级生物产生 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
严重危害，对人体健康有很大的威胁[1]。
作为全世界种植面积最大的作物，小麦产量及食品安全与人民健康息息相关。有越来越多的研究表明，小麦受重金属污染已经呈现出范围逐渐扩大、并逐年加重的趋势，必须引起足够的重视[2]。研究小麦对六价铬的吸收、耐性等方面的机理以及小麦幼苗对鉻胁迫应答的品种间差异及其生理基础，与培育耐性品种，合理利用鉻污染土壤，预防小麦早期受害，提高污染土壤上植物生长的安全性都有密切的关系。
现有研究表明，环境中的铬主要以Cr3+和Cr6+两种氧化形态存在，虽然Cr3+是人类和动物必需的营养元素，但Cr3+和Cr6+对植物都具有严重的毒害作用，且Cr6+的毒性远强于Cr3+[11]，与镉、铅、铝等重金属相比，铬的电子化学结构更为复杂，在自然条件下Cr3+与Cr6+极易通过氧化还原反应发生相互转化，这些特性使铬毒害和耐性研究相对迟缓[3]。
在土壤溶液中，Cr6+通常以Cr2O72-和CrO42-形式存在，由于六价铬化合物CrO42-在化学结构上与S042-具有一定的相似性[16]，由此有研究推测，CrO42-是通过以S042-的转运系统进入植物体内的[4]。在土壤pH<6时，Cr6+主要以HCrO4-的形式被吸附，这是一种较弱的静电吸附，即非专性吸附；随着pH值增高，水合氧化铁表面正电荷减少，负电荷增多，对Cr6+的吸附能力迅速降低[5][6]。
在流动营养液中添加相同浓度Cr3+和Cr6+，对植物的有效性几乎相同，但植物对两种离子的吸收机制并不一样。植物对Cr3+的吸收是被动的过程，Cr6+是主动吸收[7]。
Cr6+的吸收还与根系分泌物有关[8]，有机酸、氨基酸和酚类化合物能与Cr、Pb等重金属离子形成络合物，增加它们的生物有效性，有利于植物吸收[9]。吸附在根表或根毛皮层上的重金属离子可通过质外体或共质体途径进入根细胞[10]。
国内外虽对小麦受重金属污染的现状以及小麦对一些重金属的富集行为有一定的研究，但有关小麦对六价铬的吸收、运输及耐性机理研究鲜有报道，有必要进行深入探讨。
1 材料与方法
1．1 实验方法
1.1.1 培养小麦幼苗
实验地点在大学牌楼，供试材料为2个小麦品种，一个耐性品种鲁22和一个敏感品种周9，挑选大小一致的种子经20%双氧水消毒10min后，在光照培养箱中避光萌发，昼夜温度分别为22℃和18℃。挑取露白一致的种子进行石英砂培养，保持阳光充足，石英砂湿润。待长至一叶一心后将苗移到培养箱中营养液培养。采用Hogland营养液，大量元素为(mg/L): KNO3、Ca(N03)24H2O、CaCl2、（NH4）2SO4、MgS047H20、KH2PO4、Fe-EDTA、微量元素为:H3BO3、MnSO4H2O、Zn2SO47H2O、H2Mo04、CuSO45H2O。
保持白天通气，控制营养液pH5.1左右(用NaOH或HCl调节)。试验环境是在自然温度,自然光照。培养10天，长至三叶一心后选取长势一致的幼苗进行Cr6+ 处理，每2天更换一次营养液。
1.1.2 浓度吸收动力学
设置0、25、50、75、100、200、300、400、500、600μMCr6+ 10个不同的处理浓度，各浓度均设3个重复，每个重复5株苗 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
。Cr6+以重铬酸钾（K2Cr2O7）形式添加，溶液调PH为5.1，处理12h，收获。
1.1.3 抑制剂和低温处理
分为五组，第一组，100μMCr6+；第二组，100μMCr6++500μMDNP；第三组，100μMCr6++1mMLaCl3；第四组，100μMCr6++5mM TEA；第五组，100μMCr6+，保持温度在 0℃。五组分别处理12h，收获。
1.1.4 H+-ATP酶活性
分别设定0、10、100μM三个浓度，处理12h，收获幼苗根部测定H+-ATP酶活性。
1.1.5 必需元素竞争性吸收
必需元素对小麦铬吸收的影响，设置100μMCr6+；100μMCr6+-Fe；100μMCr6++ 300μMFeCl3；100μMCr6-P；100μMCr6++ 8mMKH2PO4；100μMCr6+-S；100μMCr6++ 8mMK2SO4；100μMCr6+-Mn；100μMCr6++ 300μMMnCl2；100μMCr6+-Zn；100μMCr6++ 300μMZnCl2；100μMCr6+-Cu；100μMCr6++ 300μMCuCl2；100μMCr6+-Mg；100μMCr6++ 8mMMgCl215个处理，每个处理5株苗，3个重复。12h后收获。
1.1.6 有机酸对铬吸收的影响
不同有机酸与铬的浓度配比实验，设置对照，100μMK2Cr2O7与柠檬酸、草酸、苹果酸、麦根酸、甘氨酸分别按1:0、1:1、1:5、1:10、1:50、1:100 （w/w）进行处理，处理12h，收获。
图2.3.1 鲁22和周9在钙离子通道抑制剂和钾离子通道抑制剂处理下铬含量变化
从图2.3.1可以看出，LaCl3 对两个品种根部的铬吸收有显著的促进作用，鲁22根中铬含量上升了33%，周9上升了13%；
[5] Anderson RA，et al. Chromium as an essential nutrient for humans[J]. Regulatory Toxicology And Pharmacology, 1997, 26: 35-41.
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