Zn、Cd超积累植物碳酸酐酶、超氧化物歧化酶活性及其与Zn、Cd超积累的关系

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重金属污染是一个全球化的问题,利用超积累植物进行植物修复是治理重金属污染环境的有效方法。Zn、Cd超积累植物遏蓝菜(Thlaspi caerulescens)的不同生态型Prayon和Ganges是当今研究最多的Zn、Cd超积累植物。对Thlaspi caetrulscens的研究已经深入到分子水平,但对与超积累植物积累的重金属zn、Cd有关的酶的研究很少。碳酸酐酶(CA)与超氧化物歧化酶(SOD)是植物体内重要的含zn金属酶,最新的研究发现,Cd在海洋浮游生物中,可以形成Cd.CA。本论文采用营养液培养和土壤培养的方法,研究了高浓度的zn、Cd处理对超积累植物遏监菜(Thlaspi caerulescens)的不同生态型Prayon和Ganges以及非超积累的遏蓝菜(Thlaspi fergamense)的碳酸酐酶、超氧化物歧化酶活性及其与Zn、Cd超积累的关系,揭示了超积累植物中,Zn、Cd与碳酸酐酶,超氧化物歧化酶活性的关系。 采用营养液培养的方法,研究了zn处理浓度为0、50、500、1000 μmol L<-1> (Prayon与 Ganges)以及Zn处理浓度为0、1、5、50、100μmol L<-1>(Thlaspi fergamense)处理后超积累与非超积累遏蓝菜CA与SOD的活性。结果表明,Zn处理后,超积累的Prayon生物量显著升高;超积累的Ganges生物量没有显著性变化;而非超积累的Thlaspifergamense的生物量显著下降。超积累的Prayon和Ganges以及非超积累的Thlaspi fergamense地上部与根系zn含量均显著升高,但超积累的Prayon和Ganges远高于非超积累的Thlaspi fergamense,达到了zn超积累植物的标准10<4>mg kg<-1>DW以上。超积累的Prayon与Ganges的CA活性与SOD活性显著升高,而非超积累的Thlaspi fergamense的CA活性没有显著性变化,SOD活性显著升高。Prayon与Ganges采用土壤培养的研究结果与营养液培养的结果相似。 采用营养液培养的方法,研究了Cd处理浓度为0、5、10、30、50 gmol L<-1> (Prayon与 Ganges第一次)以及Cd处理浓度为0、1、5、10、50 gmol L<-1>(Thlaspi fergamense与Ganges第二次)以及Zn处理浓度为50 μmol L<-1>,Cd处理浓度为0、5、30、50、100μmol L<-1>(Ganges)超积累与非超积累遏蓝菜CA与SOD的活性的变化。结果表明,Cd处理后,超积累的Prayon根系生物量显著下降,Ganges根系生物量显著升高或没有显著性变化,Prayon和Ganges地上部生物量均没有显著性变化;非超积累的Thlaspi fergamense 的地上部与根系生物量均显著下降。超积累的Prayon和Ganges以及非超积累的Thlaspi fergamense地上部与根系Cd含量均显著升高,但超积累的Prayon和Ganges远高于非超积累的Thlaspi fergamense,达到了Cd超积累植物的标准10<2>mg kg<-1>DW以上。超积累的Prayon与Ganges的CA活性与SOD活性显著升高,而非超积累的Thlaspi fergamense的CA活性与SOD活性显著下降。且在Zn浓度较高的条件下,低浓度的Cd对Ganges的CA活性没有显著性影响,只有100 μmol L<-1>的Cd供应浓度才会显著提高CA活性。 说明zn、Cd超积累植物从酶的角度来说,激活或提高CA与sOD活性需要较高的zn、Cd浓度,由此推测,CA与SOD活性的提高可能是Zn、Cd超积累植物对环境中高浓度Zn、Cd的需求或适应性机制之一。
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