高羊茅对多环芳烃萘、芘的抗性机理研究

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多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)是一类广泛分布于环境中的持久性有机污染物(Persistent organic pollutants,POPs)。萘(Naphthalene,Nap)和芘(Pyrene,Pyr)作为典型的2环和4环多环芳烃,其在环境中的行为引起了人们的广泛关注。高羊茅(Festuca arundinacea Schreb)属于多年生禾本科植物,具有很强的环境适应性,且已被证明具有修复多环芳烃污染土壤的能力。本研究以高羊茅为研究对象,以不同浓度的萘和芘对高羊茅植株进行胁迫处理,研究萘、芘对高羊茅生理指标及其光合特性的影响,并探讨高羊茅对多环芳烃萘和芘的积累特性以及对芘的降解产物分析,旨在为进一步探索高羊茅吸收、富集和降解多环芳烃的特性提供理论依据。得到的主要结果如下:(1)在不同浓度的萘和芘(0 mg/L、20 mg/L、100 mg/L)水培胁迫下,14天后高羊茅的生长表现出差异性。萘对高羊茅的生物量具有低促高抑的作用,芘对高羊茅的生物量没有显著性的影响。在叶绿素含量上也具有相同的趋势。随着萘处理浓度的增大,高羊茅叶片的电导率呈现先下降后增大的趋势。随着芘处理浓度的增大,高羊茅叶片的电导率呈现逐渐下降的趋势。整体而言,高羊茅根中过氧化氢的含量均大于叶,丙二醛的含量均呈现降低的趋势。对高羊茅根系形态进一步探究,发现萘对高羊茅根系的生长具有低促高抑的作用,而芘对高羊茅根部的纵向生长具有抑制作用。(2)在不同浓度的萘和芘(0 mg/L、20 mg/L、100 mg/L)水培胁迫下,14天后高羊茅的光合特性表现出差异性。在萘处理下,φP0逐渐减小,表明PSII供体侧捕获的光能用来还原QA的能力逐渐下降,在芘处理下,φP0先减小后增大,表明低浓度的芘也使PSII供体侧用来还原QA的能力受到了抑制,但高浓度的芘能够减缓这种抑制。PIABS、PItotal变化的趋势也证明了这点。试验处理组都具有较为明显的L-band振幅,表明放氧复合体OEC受到损伤,PSII中电子链供体侧的水解系统受损,并且原初醌受体QA向下的电子传递受阻。此外,δR0整体也表现出逐渐减小的趋势,表明多环芳烃萘和芘不仅使植物体PSII内部损伤,还使PSII与PSI之间的电子传递受阻。在萘和芘处理下,ETR呈现先上升后下降的趋势,表明多环芳烃萘和芘在低浓度下能促进PSII反应中心电子供体侧的活性,在高浓度下会造成损伤并抑制其活性。非光化学淬灭NPQ和q N在多环芳烃萘和芘胁迫下均出现先减小后增大的趋势,表明高羊茅本身具有一定的自我保护机制,为了避免过多的光能造成光抑制或光损伤,以热能和荧光的形式把多余的能量排出体外。(3)在100 mg/L的萘和芘水培胁迫下分别对高羊茅进行不同时间的孵化,在第0.5d、3d、9d按照时间梯度取样,探究高羊茅对多环芳烃萘、芘的积累特性。发现萘的生理毒性大于芘,高羊茅对芘具有更好的耐受性。高羊茅地上部对萘的积累量远大于芘,高羊茅地下部对芘的积累量远大于萘。通过GC-MS定性分析,对植物降解芘的代谢过程进一步研究,发现了5种芘的中间代谢产物依次标记为化合物A、B、C、D、E,分别为1-Hydroxypyrene、Phenaleno[1,9-bc]thiophene、1,9-Dihydropyrene、4,5-Dihydropyrene和2-Aminobiphenyl。根据内标物5-alpha-雄烷(5AA)进行半定量分析,发现5种降解产物的含量均随时间显著增加,表明高羊茅对芘具有快速吸收和代谢的特性。降解产物E第9d才生成,表明E是由其它降解产物进一步代谢产生。
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