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《山东农业大学》 2009年
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葡萄根系和叶片对氯化镉处理的生理学与细胞学响应

邵小杰  
【摘要】: 以当年生葡萄扦插苗为试材,通过水培和盆栽试验,研究了镉在葡萄根、茎和叶中的分布,比较了20个葡萄品种对镉的富集与迁移,分析了氯化镉(CdCl2)处理下葡萄根系活力、丙二醛含量、根系与叶片质膜ATPase活性和线粒体特性的变化以及活性氧和一氧化氮(NO)生成等的变化规律;同时,利用流式细胞仪、吖啶橙荧光染色和类caspase3/7活性检测与分析等技术,研究了氯化镉处理下葡萄根系细胞程序性死亡(programmed cell death, PCD),探讨了外源水杨酸和氯化钙对葡萄根系镉伤害的缓解作用。结果表明: 1.镉在葡萄根、茎、叶中的分布与累积存在明显差异,但总体呈现根叶茎的规律。20个葡萄品种对镉的富集及镉由根系向叶片的迁移存在明显差异。镉在根系的富集系数在39.18%~135.76%(其中紫珍香最高,维多利亚最低)、在茎的富集系数在2.55%~14.32%(其中红地球最高,玫瑰香最低)、在叶片的富集系数在12.06%~54.61%之间(其中红地球最高,克瑞森无核最低);镉由根系向叶片的迁移系数(叶/根)在0.16~1.12之间(其中早艳最高,紫珍香最低)。 20个葡萄品种对镉的吸收总量由大到小的顺序是:巨峰紫珍香红地球玫瑰香矢富罗莎红宝石无核泽香奥迪亚无核美人指瑰宝克瑞森无核乍娜森田尼无核早艳皇家秋天早黑宝黄金指达米娜龙眼维多利亚。 2.在0~1mmol·L-1浓度范围内,随着氯化镉处理浓度的增加,泽香葡萄根系活力、根系和叶片NO含量、一氧化氮合酶(NOS)活性、Ca2+-ATPase活性先升高后降低,O2-·产生速率、H2O2含量、丙二醛含量逐渐升高,质膜H+-ATPase活性逐渐降低。其中氯化镉浓度在0.1mmol·L-1时,葡萄根系活力、质膜Ca2+-ATPase活性显著提高;在0.5 mmol·L-1和1 mmol·L-1时质膜ATPase活性、NOS活性、根系活力和NO含量显著下降。 3.用0.5 mmol?L-1氯化镉处理乍娜、玫瑰香、达米娜、瑰宝、泽香、红地球、巨峰、奥迪亚无核、皇家秋天等9个葡萄品种,它们的根系活力和质膜ATPase活性均降低,根系O2-·产生速率和H2O2含量、丙二醛含量均升高,除奥迪亚无核外NO含量和NOS活性均升高。巨峰葡萄根系活力比其他品种更易受到氯化镉影响,奥迪亚无核葡萄根系活力最不敏感,受氯化镉影响最小;9个品种根系活力下降幅度由大到小的顺序是:巨峰皇家秋天玫瑰香瑰宝红地球乍娜达米娜泽香奥迪亚无核。 4.在0~1mmol·L-1浓度范围内,随着氯化镉处理浓度的增加,泽香葡萄根系线粒体膜通透性(MPT)增大、膜电位(Δψm)下降、H2O2含量逐渐升高、细胞色素(ccytochrome c, Cyt c)含量逐渐下降。流式细胞仪检测结果表明,随着氯化镉处理浓度升高根系细胞凋亡率提高。细胞程序性死亡关键酶类caspase3/7的活性也随着CdCl2浓度的增加而提高,研究表明:0.5mmol?L-1和1.0mmol?L-1的氯化镉明显诱导泽香葡萄根系发生细胞程序性死亡,吖啶橙染色检测结果也证实了这一点。 5.泽香、龙眼、玫瑰香和巨峰4个葡萄品种一年生扦插苗经0.5mmol?L-1氯化镉处理后,根系、叶片线粒体H2O2含量升高,MPTP开放程度增大,Δψm降低,Cyt c含量下降,根系活力明显降低,类caspase3/7的活性显著提高。其中,根系线粒体H2O2含量和Cyt c含量由高到低的顺序为:巨峰泽香玫瑰香龙眼;根系活力、MPTP和Δψm由高到低的顺序为:龙眼玫瑰香泽香巨峰;细胞凋亡率由高到低为:巨峰泽香玫瑰香龙眼。表明巨峰葡萄根系比其他品种更易受到氯化镉的伤害而发生细胞程序性死亡。 6.较低浓度(10μmol·L-1和50μmol·L-1)水杨酸预处理显著降低了1.0mmol·L-1氯化镉处理下泽香葡萄根系O2-·、H2O2和NO的生成,阻止了根系活力和质膜H+-ATPase和Ca2+-ATPase活性下降;而较高浓度(100μmol·L-1和200μmol·L-1)水杨酸促进了氯化镉处理下自由基的生成,进一步降低了根系活力和质膜H+-ATPase和Ca2+-ATPase活性,表明低浓度水杨酸可通过降低自由基而减轻氯化镉对葡萄根系功能的损伤,而高浓度水杨酸则会加重氯化镉的伤害。 7.较低浓度(1mmol·L-1和5mmol·L-1)氯化钙显著降低了1.0mmol·L-1氯化镉处理下泽香葡萄根系O2-·、H2O2和NO的生成,阻止了根系活力和质膜H+-ATPase和Ca2+-ATPase活性下降,缓解CdCl2对葡萄根系造成的伤害;而较高浓度(10mmol·L-1)氯化钙则促进了氯化镉处理下根系自由基的生成,进一步降低了根系活力和质膜H+-ATPase和Ca2+-ATPase活性,加重了氯化镉对葡萄根系功能的伤害。
【学位授予单位】:山东农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:S663.1

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