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本文采用液体培养的方法,研究了镉(Cd)单独及其与硒(Se)组合对黄瓜毛状根生长、可溶性蛋白含量、抗氧化酶(POD和SOD)活性、MDA含量的影响,以及Se对Cd的吸附吸收及亚细胞分布的影响。所得结果如下:
低浓度(≤5.0μmol/L)Se促进黄瓜毛状根生长,其中以添加1.0μmol/L Se效果最佳;而Se浓度>5.0 μmol/L时则抑制黄瓜毛状根生长,且Se浓度越高抑制作用越明显,不仅其主、侧根变短而疏,而且根段易变红变软或腐烂。
与对照相比,10 μmol/L Cd能促进毛状根生长,50 μmol/L Cd开始抑制生长,主、侧根变粗;100 μmol/L Cd使主、侧根稀疏,更粗短,根尖肿胀,颜色变黄或黑褐,表现出毒害症状。低浓度Cd促进毛状根可溶性蛋白的产生,提高POD活性、MDA含量及培养初期SOD活性;而高浓度Cd(≥100μmol/L)使毛状根POD活性降低,SOD活性先升后降,使MDA含量升高,而可溶性蛋白含量仅在培养初期高于对照。
与对照(仅添加高浓度Cd)相比,外源添加0.5~5.0μmol/L Se可缓解高浓度Cd对毛状根生长的抑制和毒害,维持蛋白质含量相对稳定,但硒浓度大于5.0μmol/L可使毛状根可溶性蛋白质含量相对降低,表现出Se-Cd协同毒害现象;而在Cd胁迫浓度下加入0.5~5.0μmol/L Se还可明显提高毛状根的SOD活性,大大降低毛状根MDA含量。而当黄瓜毛状根在Cd抑制浓度(50μmol/L)中养时,添加适量Se可适当降低其POD活性,在毒害浓度(≥100μmol/L)中培养时,添加适量Se可适当提高其POD活性,从而都维持POD活性在一定水平,减轻Cd对黄瓜毛状根生长的抑制或毒害。
黄瓜毛状根对Cd的吸附吸收量随Cd浓度增大而增大;外源添加Se可促进毛状根对Cd的吸收,其中以1.0μmol/L Se的效果最佳,但外源添加Se对Cd的吸附量影响不大。Cd单独处理时,83.17%~91.04%的Cd分布在含细胞壁的部分(F1组分)和细胞质可溶性部分(F4组分),只有少量的Cd分布在细胞核和叶绿体(F2组分)、线粒体(F3组分)等细胞器组分。在Se/Cd复合处理中.毛状根中的Cd也主要分布在F4和F1组分中,其分配比例达到5 1.03%~60.28%和28.46%~37.82%,两个组分的含量占总量的87.17%~92.28%。可见添加适量Se可促进Cd的吸收,同时可改变Cd在毛状根各组分的分布比例。表明Cd在毛状根的亚细胞分布时,主要分布在细胞壁组分和细胞质可溶性部分。
本研究结果表明,外源适量Se可促进黄瓜毛状根的生长、影响其抗氧化酶活性,促进毛状根对Cd的吸收,改变Cd在毛状根亚细胞分布的比例。该结果为今后利用黄瓜毛状根或具发达根系的黄瓜毛状根再生植株,来对受重金属Cd污染的环境进行植物修复奠定了实验和技术基础和提供了可能性。