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本文以分布广泛的高等水生植物浮萍(LemnaminorL.)为研究材料,以植物非必需金属元素汞(Hg)为胁迫因子,运用生理生化测定、随机扩增多态性DNA (Random AmplifiedPolymorphismDNA,RAPD)和蛋白免疫印迹法(Western blot)等技术,系统研究了不同浓度和处理时间下Hg在浮萍体内的积累和生理生化效应。(1)用不同浓度(0,10,20, 30 μmol·L-1) Hg分别处理浮萍2d和6d后,研究了Hg在浮萍体内的积累及其对浮萍叶片损伤、根系生长、光合色素、脂质过氧化、淀粉和可溶性蛋白以及细胞死亡的影响。结果表明:随着培养液中Hg浓度的增大和处理天数的增加,浮萍体内的Hg含量急剧上升,6 d后在30 μmol·L-1处理浓度下达到7.4± 0.14 mg·g-1 DW。随着Hg含量的增加,叶绿素含量显著下降,在6d后的30μmol·L-1处理组,叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别下降了51.8%、40.8%和27.0%。同时叶片受到的伤害也逐渐由边缘像中央蔓延。浮萍根对Hg极其敏感,在短时间低浓度时就有断根现象,随着金属浓度增加,根系全部脱落。淀粉含量在两个时期均表现为先升后降的趋势。可溶性蛋白含量在2 d时随Hg增加呈现先升后降的趋势,但在6 d时随着Hg浓度的升高呈现显著下降的趋势。丙二醛(MDA)含量、脂氧合酶(LOX)活性和细胞死亡情况都显著上升。以上结果表明:Hg胁迫干扰了浮萍的正常生长,加重了细胞死亡。(2)研究了不同浓度(0,10, 20,30μmol·L-1) Hg胁迫分别在2d和6d时对浮萍抗氧化系统和渗透调节物质的影响。随着Hg浓度上升,过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性显著上升,最大值分别为对照的3.0、2.4和1.8倍。超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性则受到明显抑制,在6 d的最高浓度处理组为对照的57.2%和48.5%。抗坏血酸(AsA)和还原型谷胱甘肽(GSH)含量整体呈上升趋势,非蛋白巯基(NP-SH)含量则表现出先升后降的趋势。谷胱甘肽合成酶(GR)活性被轻微诱导,苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性缓慢上升后急剧下降。脯氨酸和可溶性糖含量随处理强度增加先升后降,但始终高于对照水平。(3)研究了2d和6d时不同浓度(0,10 20,30μmol·L-1)Hg胁迫对浮萍SOD、POD、CAT、APX、GR和LOX同工酶表达、Hsp70表达和DNA损伤的影响。发现:LOX和CAT同工酶表达量表现为低浓度时上升,高浓度时下降,在2d时均高于对照,而在6 d的高浓度处理组低于对照。APX同工酶表达量在2d时逐渐上升,而6 d时在低浓度处理下表达上升,高浓度处理时有所下降,但仍高于对照;POD同工酶则随胁迫时间和Hg浓度的增加始终呈上升趋势。SOD同工酶在低浓度时有轻微上升趋势,但超过20 μmol·L-1时就明显下降。GR的同工酶表达量始终呈下降趋势。这些酶的谱带数除APX外均与对照相同,产生总酶活力变化的原因是已有蛋白的过表达或表达受抑制,但没有激发新蛋白的表达,只有APX被诱导了新带的产生。Western blot分析结果显示,Hsp70积累随Hg浓度的增加先增加后减少,但是都显著高于对照,2d和6 d处理后均在20μmol·L-1Hg浓度时达到最大积累量。RAPD图谱分析基因组DNA在Hg胁迫下多态性显著增高,稳定性相应下降。