1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等(列出主要参考文献) 狭叶香蒲(Typha angustifolia),又名水烛、蒲草,为香蒲科香蒲属多年生挺水植物。香蒲叶绿穗奇常用于点缀园林水池、湖畔,构筑水景。宜做花境、水景背景材料,也可盆栽布置庭院 。蒲棒常用作于切花材料。 近年来,由于工矿企业废水、农业退水的不合理排放,造成了水体重金属污染。重金属抑制植物生长,甚至使植物死亡。水体中的重金属离子通过食物链进入人体,从而危害人类健康。目前,欧美等西方国家广泛应用香蒲植物(宽叶香蒲(Typha latifolia)、东方香蒲(Typha orientalis)等)处理城市生活污水,发挥了重要的环境价值与巨大的经济价值。国内对香蒲属植物净化污水的研究工作最早是由中山大学陈桂珠课题组开展的。他们发现以宽叶香蒲为优势种的净化塘对矿山废水中的铜、镉、铅、锌等重金属污染物具有综合净化效益,并用宽叶香蒲成功治理了广东韶关凡口铅锌矿废水污染。在净化塘系统中,各种重金属在宽叶香蒲根部积累比例最大的是Pb,其次是Zn、Cu、Cd等。 香蒲属植物作为一类常用的人工湿地植物,已报道对铅、锌、铜、镉等重金属废水具有净化效果,因而在重金属污染生物修复方面表现出十分巨大的应用价值。许为锋针对狭叶香蒲耐镉的生理生化机制及其修复镉污染环境的潜力进行了专题研究。吴晓丽等采用水培法研究了狭叶香蒲吸收Cd2 的动力学特征及不同温度与时间条件下狭叶香蒲吸收Cd2 的动力学特征。赵艳等就狭叶香蒲在铜胁迫下体内元素吸收分布及生长与生理特性的影响展开了研究,结果表明,狭叶香蒲地上部和根系累积的铜量均随Cu2 浓度升高显著增加,在同一浓度Cu2 胁迫下,根系各组织中铜含量均表现为中柱>皮层>表皮;低浓度对地上部分及根中钙 、镁含量及地上部锰含量均无显著影响,但高浓度 Cu2 可促进植株对钙的吸收,显著降低对镁、锰和锌的吸收;随 Cu2 浓度升高,狭叶香蒲叶宽、株高的增长量及整株干物质累积量显著下降;对于叶绿素含量和根系活力等表现出低浓度促进、高浓度抑制的效应。Sangeeta Yadav et al研究发现,狭叶香蒲和油莎草均能有效吸收被工业废水污染的湿地中的铁、铬、铅、铜和镉,且狭叶香蒲植株中重金属的积累量要高于油莎草,在植物体内不同重金属其累积量不同,表现为铁>锰>铬>锌>铅>铜>镍>镉。 近几年来,我们实验室也做了关于狭叶香蒲耐重金属胁迫的相关研究,报道了包括狭叶香蒲对铜镉的吸收、运转特性及在两种重金属胁迫下的生理反应,发现:狭叶香蒲具有较强的富集水体中铜、镉离子的能力,且表现为较强的抗氧化系统活性,随铜、镉浓度的增加,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)呈现低浓度上升高浓度下降的趋势。在亚细胞组分中铜镉离子的积累量方面还有待研究。 一氧化氮(nitric oxide, NO)是一种新的植物生长调节物质,同时也是一种在植物的多种生理活动中发挥作用的易扩散生物活性分子,是一种亲脂性的不稳定小分子。一氧化氮在植物生长、发育和信号传递过程中发挥重要的作用。经过研究发现NO能够调控许多植物的生理过程,如种子萌发、生长发育、气孔运动、光合作用、呼吸作用、细胞运输、细胞死亡、其他基础代谢过程以及抗逆反应等。在植物中NO作为一种重要的信号分子,涉及到许多生物和非生物的胁迫例如:干旱,盐碱,重金属,热胁迫以及抗病性和细胞凋亡。 目前已有一些报道证实,一氧化氮能缓解铜胁迫对玉米、水稻、人参的伤害,还能促进铜胁迫下小麦种子的萌发。外源NO 可能通过某种机制提高番茄对K、Ca、Fe、Zn、Mn 的选择性吸收,维持胞质离子稳态, 从而缓解Cu的毒害。植物受到铜毒害时,常常伴随着失绿症的出现,而失绿症可能是由缺铁引起的。通过Lidon等相关报道说明,Cu 和Fe 在一定浓度范围内存在拮抗作用。Graziano 等发现NO对植物叶片中Fe 向叶绿体的分配具有重要的作用。由此推断,一氧化氮对铜胁迫的调控可能是通过对其他元素的吸收,来降低对铜元素的吸收,从而缓解铜的毒害作用。Kopyra 和 Gwozda的研究表明,外源 NO 通过提高 SOD 活性和清除氧自由基促进了重金属和盐胁迫下羽扇豆种子的萌发和根生长。。NO 供体能够逆转铁低效玉米突变体的黄化性状;而且,Fe 和 NO 能够形成亚硝基铁复合物并参与植物体内铁的稳态平衡。另外,在 10umolL-1Al 胁迫下,用 NO 供体处理过的假绿豆(Cassiatora)要比没有处理过的根明显长,积累的 Al 也要少。豌豆(Pisum sativum)和芥菜(Brassica juncea)根在 100umolL-1Cu、Zn 和Cr 处理下表现一个时间依赖性的内源 NO 的形成。而用 100umolL-1SNP 预处理向日葵幼苗,能保护其叶片免受氧化性胁迫。总之,外源 NO 在保护植物对抗重金属毒害方面有重要的作用。但到目前为止,在狭叶香蒲上尚未见相关报道。 因此,本项目以狭叶香蒲幼苗为实验材料,通过研究施用外源NO对狭叶香蒲在铜胁迫下待生理反应,以探讨外源NO调控狭叶香蒲响应铜毒害的生理机制,为将狭叶香蒲应用于铜污染的水体净化提供理论依据。 参考文献; [1]陈桂珠、李柳川等.香蒲植物净化塘复合系统的结构和功能[J].有色金属环保,1990,4:91-97. 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2. 研究的基本内容和问题
研究目标:
本项目以狭叶香蒲幼苗为实验材料,通过研究施用外源no对狭叶香蒲在铜胁迫下待生理反应,以探讨外源no调控狭叶香蒲响应铜毒害的生理机制,为将狭叶香蒲应用于铜污染的水体净化提供理论依据。
研究内容:
3. 研究的方法与方案
研究方法:
应用植物生理学理论与试验技术及田间设计与生物统计学原理开展本研究。
技术路线:见附件
实验方案:
4. 研究创新点
本项目以狭叶香蒲为实验材料,研究外源使用一氧化氮能够提高狭叶香蒲耐铜毒害的能力的生理机制,为将狭叶香蒲用于修复铜污染的水体提供科学依据。
5. 研究计划与进展
研究计划:
2013年1-3月 查阅相关研究文献,制定试验方案。
2013年4月 处理香蒲幼苗。
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