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超积累植物商陆吸收累积锰机理研究

徐向华  
【摘要】:商陆(Phytolacca acinosa Roxb.)是在中国境内发现的锰超积累草本植物。本论文以锰超积累植物商陆为研究对象,采用溶液培养和吸收抑制剂实验探讨了其对锰超积累能力、吸收过程及吸收机理;利用化学分析、凝胶过滤层析、液相色谱(HLPC)、同步辐射XAFS等技术从器官、组织、细胞不同水平研究锰在商陆体内的分布特征和结合形态,阐明了锰在商陆体内的区室化分布及与有机物的结合是商陆超累积解毒锰的主要机制;并结合生理生化指标分析探索了商陆对锰的生理响应机制。本研究为锰毒土壤上的植物遗传改良以及其他超积累植物机理的研究提供一定的理论和科学依据。通过研究取得了以下主要结果: 商陆具有高累积锰的能力,其叶中的锰含量远远高于茎和根中的锰含量;水培条件下,2000μM Mn处理下其叶片锰含量可高达10,036mg/kgDW而无明显受害症状;低锰浓度处理下,商陆仍具有很高的吸收累积能力。解偶联剂2,4—二硝基苯酚(DNP)和P—型ATP酶抑制剂Na_3VO_4对商陆锰吸收有一定的抑制作用,表明商陆对锰的吸收可能存在主动吸收。钙离子通道抑制剂LaCl_3对商陆锰吸收有抑制作用,说明商陆锰吸收与钙离子通道密切相关。 商陆超累积锰的主要器官是叶片,不同叶龄的叶片锰浓度不同,成熟叶片锰浓度高于老叶和新叶;同一叶片内,叶边缘锰含量最高,其次是叶中部,叶脉锰含量最低;锰在商陆体内的这种分配方式主要是受蒸腾作用调控。停止外部锰供应后,商陆新长出的叶片无论锰浓度还是锰含量都极低,而老叶中的锰含量则继续增加,老叶中继续增加的锰主要来源于根部锰的向上转移。 组织水平上,锰在根横截面中维管束柱含量最高,其次为表皮;茎中锰在维管束柱含量最高;叶的横截面上,表皮锰含量高于叶肉,且上表皮含量高于下表皮。从细胞水平上看,商陆根细胞壁中的锰含量占总锰的19-59%,细胞质可溶性部分含量为33-66%;茎中可溶性锰含量为总锰的59-81%;叶中有74-82%的锰贮存在液泡中,叶细胞壁中锰含量占总锰的15-20%,叶细胞器中锰分配率最少,只占总锰的2.7-3.4%。商陆根茎维管束中的高锰含量及高可溶性含量有利于锰向地上部分转移并积累在叶片中;锰在商陆叶片非活性代谢部分(液泡和细胞壁)的积累是其超累积解毒锰的主要机制之一。


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