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随着工业技术的发展，重金属在土壤中的含量越来越高。其中镉(Cd)主要通过工业生产过程和磷肥进入环境，在农业土壤中可以达到高度的积累并易于植物的吸收。Cd是一种高度有毒的重金属元素，对人体、动物和植物都能造成很大的毒害。在植物中，Cd胁迫能导致活性氧(ROS)的积累，并能启动细胞死亡程序。Cd毒性也与微量元素的分布和吸收以及植物中宏观调控有关。Cd对植物具有强烈毒性，能抑制植物生长，甚至导致植物死亡，但是其毒性机制仍没有研究清楚。
研究目的：本文主要对Cd诱导的拟南芥叶片细胞死亡进行实时观测，通过了解ROS的产生及定位、细胞器的形态及功能变化，对Cd诱导的拟南芥叶片细胞死亡机制进行初步探讨。
材料和方法：本实验以拟南芥活体细胞为材料，借助于激光共聚焦显微镜以及ROS、线粒体分子探针等的标记，观察研究Cd(20μM)对叶绿体及线粒体形态和功能的影响，以及ROS的产生和定位。利用转基因野生型拟南芥(GFP标记线粒体)叶片提取原生质体观察线粒体受Cd胁迫后形态变化。
结果：本实验透射电镜结果显示：经Cd处理后的拟南芥叶片叶绿体及线粒体的形态发生明显的变化；利用共聚焦显微镜观察到Cd处理的表皮细胞叶绿体排布散乱，延迟荧光装置测量到Cd处理3h后延迟荧光(DF)强度仅为对照组的45％，表明叶片的光合速率急剧下降，而且是发生在叶绿体有明显的形态损伤之前。原生质体经过Cd处理后发生ROS的迸发，并观测到ROS在线粒体和叶绿体内先后产生。同时，在Cd胁迫下线粒体呈不规则的颗粒状聚集在叶绿体周围，并且伴随着线粒体的运动受阻。经过抗坏血酸(AsA)和过氧化氢酶(CAT)的预处理，原生质体产生ROS减少，细胞死亡率下降。
结论：在Cd胁迫下，拟南芥叶绿体及线粒体结构受到损伤，叶片细胞中有大量ROS产生，其主要来源于线粒体和叶绿体，随后线粒体的功能发生了紊乱，而ROS清除剂可以延缓或部分阻抑细胞死亡，说明Cd诱导的拟南芥细胞死亡与ROS的产生和线粒体功能状态有关。