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砷是环境中优先控制的致癌污染物之一。蜈蚣草是世界首例被公认的砷超积累植物,能够大量吸收污染土壤中的砷。近年来,利用蜈蚣草修复土壤砷污染的技术广泛应用于环境修复领域,然而,有关砷超积累植物砷超积累和解砷毒机理还缺乏系统了解。本项目研究比较了砷胁迫条件下,以普通蕨类植物小叶井口边草(Pterisnervosa.)和禾本科植物玉米(Zea mays L.)为对照植物,研究了美国佛罗里达州的蜈蚣草(Pteris vittata L.(Chinese brake fern))和湖北省宜昌市的蜈蚣草Pteris vittataL.(Chinese brake fern)抗氧化系统对砷胁迫的响应,以及植酸酶的酶学性质、同工酶的变化差异。主要研究结果如下:1.砷超积累植物蜈蚣草具有很强的累积砷的能力。本实验条件下,砷处理10天后美国蜈蚣草和宜昌蜈蚣草砷浓度分别达678.408 mg/kg和786.044mg/kg,比小叶井口边草(114.715mg/kg)和玉米(89.116mg/kg)的最高砷浓度高5.91-8.82倍。可以认为,2种蜈蚣草都属于砷的超积累植物基因型。2.在砷胁迫条件下,砷超积累植物拥有更强的抗砷胁迫能力。砷处理提高4种供试植物体内SOD酶的活性,但以砷超积累植物蜈蚣草的酶活性增加最高,达41.61%,最低值则是玉米,只有11.87%;另外,砷胁迫下,蜈蚣草的CAT、AsA-POD和POD酶活性分别比对照增加100.18%、133.33%和224.51%。4种植物以玉米MDA含量增幅最大,达126.31%,其次是蜈蚣草,增加38.06%,小叶井口边草MDA含量没有出现明显变化。此外,2种蜈蚣草GSH含量与对照相提高75.88%,而小叶井口边草和玉米GSH含量并没有出现显著增加。3.供试4种植物植酸酶都是酸性磷酸酶。植酸酶最适pH值5.0,最适温度40℃。值得注意的是蜈蚣草植酸酶在40℃-70℃时,仍然保持100%的酶活性,在80℃时,酶活性仍有73.22%,结果说明,蜈蚣草植酸酶具有较高的热稳定性。据我们所知,这是首次在植物中发现高稳定性的植酸酶。2种蜈蚣草植酸钠最适底物浓度为1mmol/L,而小叶井口边草和玉米植酸钠最适底物浓度为2mmol/L,表明蜈蚣草对底物的亲和性较高。4.在离体情况下,添加重金属Pb、Cd、As(Ⅲ)、As(Ⅴ)都显著抑制植酸酶活性,抑制百分比为41.20%-96.10%,其中以As(Ⅴ)抑制最强,As(Ⅲ)最弱。不同植物来源的植酸酶对重金属抑制的反应有明显差别,其中玉米的抑制作用最明显,植酸酶分别降低90.58%、90.65%和92.19%。小叶井口边草其次,下降值分别为70.28%、65.27%、54.99%,对美国蜈蚣草和宜昌蜈蚣草的抑制作用介于41.20%-53.33%之间。5.砷处理2种蜈蚣草并没有获得预期的同工酶谱带,但在小叶井口边草和玉米上取得成功。实验发现,在本实验条件下,砷胁迫没有产生新的同工酶谱,但砷胁迫提高了同工酶谱带的强度,表明砷胁迫提高了植物植酸酶的表达。