湿地植物红蛋对重金属镉的解毒机制研究

由于生存环境的差异，湿地植物形成了不同于旱生植物的重金属耐性机制。湿地植物红蛋对重金属Cd具有较强的吸收和富集能力，但是其解毒机理尚未明确。本文以水培试验，研究红蛋植物对Cd吸收累积特性及其解毒机制机理。通过测定Cd处理下植株根部和叶片中的抗坏血酸(AsA)、还原型谷胱甘肽(GSH)、非蛋白巯基(NPT)及植物螯合肽(PCs)含量的变化，探索红蛋植物体内的可能解毒机制;采用透射电镜观察Cd处理下红蛋根及叶片的亚细胞超微结构，研究植株累积镉的特性;同时，通过测定红蛋根系分泌有机酸的种类及含量，探究有机酸对植株吸收、转运及累积镉的影响。研究结果如下:
　　 1、无论是否存在镉胁迫，红蛋植物叶片中的AsA均高于根系。与空白对照相比，镉胁迫下，植株根系和叶片中AsA的含量均显著增加。并且根系中ASA含量随着镉浓度的增加而增加，其中5、15 mg L-1Cd处理下根系AsA的含量分别是对照处理的2.39、4.02倍。
　　 2、在无镉胁迫的红蛋体内，叶片中GSH的含量高于根部，在5 mg L-1Cd（低镉）胁迫下，根中的GSH含量迅速增加，是CK处理的36.05倍;15 mg L-1Cd（高镉）胁迫下，叶片中的GSH含量显著提高，比5mg L-1Cd处理下的叶片GSH增加了54.12％。而在根中GSH的含量基本上是和镉处理浓度呈正相关，高镉处理植株根部的GSH含量是低镉处理的3.16倍。
　　 3、植株体内的NPT含量与GSH具相同的变化趋势，且在根和叶中的分布情况也大致相同。在对照处理中，红蛋植株PCs的含量很低，镉胁迫下，叶片中的PCs含量显著增加。在根部，低镉和高镉处理中的PCs含量差异显著，分别是对照处理的26.49倍和118.65倍。可见在红蛋植物体内，GSH、NPT、PCs的含量一个共同特点，即高镉胁迫下根中的含量是低镉胁迫下根中的3倍左右。
　　 4、通过透射电镜观察，红蛋可将Cd区隔在液泡和细胞壁中来减轻Cd对植株的毒害。镉处理下，植株根细胞中的细胞膜、细胞核、线粒体、高尔基体等细胞器都有不同程度的损伤，但对叶片细胞超微结构的损伤不是很明显。
　　 5、红蛋根系可以分泌草酸、柠檬酸、酒石酸、丁二酸和乙酸5种低分子有机酸，其中草酸和柠檬酸的分泌量随镉浓度的增加而增加，在5 mg L-1Cd处理下，根系分泌的草酸和柠檬酸分泌量达到了12.57、12.77 mg g-1FW。外源草酸或柠檬酸的加入均不同程度地增加了红蛋对Cd的耐性，表现在生物量增加，根部的镉含量提高，影响大小依次为草酸＞1/2（草酸+柠檬酸）＞柠檬酸，其中草酸处理效果最明显，地下部镉含量比未加有机酸处理增加了67.20％。除了柠檬酸处理，植株地上部Cd含量比未加有机酸处理降低了27.83％，其他两个有机酸处理都促进了植株地上部镉的累积。草酸或/和柠檬酸的加入虽未提高红蛋体内镉的迁移系数，但却增加了各处理植株地上部重金属迁移总量，从而提高了修复重金属污染地的效率。