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1、外源鸟氨酸和一氧化氮对镉胁外源鸟氨酸和一氧化氮对镉胁 迫下菹草缓解效应的研究迫下菹草缓解效应的研究答辩人：夏海威导 师：施国新论文纲要234 第二章第二章 外源鸟氨酸对菹草抗镉胁迫能力的影响外源鸟氨酸对菹草抗镉胁迫能力的影响第三章第三章 外源一氧化氮对镉胁迫下菹草抗氧化系统、多胺外源一氧化氮对镉胁迫下菹草抗氧化系统、多胺代谢及脯氨酸代谢的影响代谢及脯氨酸代谢的影响1第一章第一章 研究背景、内容与目的研究背景、内容与目的第五章第五章 论文创新点和研究展望论文创新点和研究展望 第一章第一章 研究背景研究背景工农业生产的发展导致水体重金属污染。传统的水体重金属污染治理方法有：物理化学法、化学沉淀法等
2、。物理化学法包括膜分离法、吸附法及离子交换法等。化学沉淀法包括碱性沉淀法、硫化物沉淀法及其他化学沉淀法。这些传统方法虽然能在一定程度上治理水体重金属污染，但是由于具有投入大、容易产生二次污染等原因，限制了其方法的应用。生物修复：生物修复是利用生物技术治理污染土壤、水体的一种新方法。利用生物削减、净化土壤、水体中的重金属或降低重金属毒性。由于该方法效果好，易于操作，日益受到人们的重视。菹草是一种分布广泛的沉水植物，生物量大，能够吸收大量的重金属，从而净化水体。大量研究表明添加外源物质能够有效地增强植物对重金属胁迫的抗性，提高植物对重金属污染的容忍性。我们课题组上一个课题是：多胺在水生植物抗重金属
3、胁迫中的作用机制研究，杨海燕、丁春霞和徐小颖等师姐研究发现外源多胺能够增强水生植物对重金属胁迫的抗性。另外大量的研究也表明外源脯氨酸也能够增强植物对重金属胁迫的抗性，而鸟氨酸是多胺和脯氨酸共同的前体，因此可以提出一个假说：外源鸟氨酸能够增强植物对重金属胁迫的抗性。1 实验设计(1)对照组:1/10 Hoagland溶液；(2)Cd处理组:含有40 M Cd的1/10 Hoagland溶液；(3)Cd+L-Orn处理组:在含有40M Cd 的的1/10 Hoagland溶液中添加2 mM的L-Orn。Cd与L-Orn的浓度根据预实验结果而定。2 检测指标Cd含量、光合色素含量、氧化胁迫、脯氨酸代
4、谢和多胺代谢第二章 外源鸟氨酸对菹草抗镉胁迫能力的影响 3 结果与分析结果与分析3.1 Cd含量3.2 叶绿素含量实验处理(mg/g)叶绿素a叶绿素b 类胡萝卜素总叶绿素对照组1.4070.068a0.5540.010a0.2720.017a2.2330.095aCd处理组0.9280.054c0.2850.003c0.2120.022b1.4260.073cCd+L-Orn处理组1.1990.029b0.3770.014b0.2820.006a1.8580.037b 3.3 O2.-产生速率、H2O2、MDA和可溶性蛋白含量 3.4 脯氨酸含量及其代谢酶活性3.5多胺含量及其代谢酶活性2.6
5、 本章小结Cd胁迫增加了菹草对Cd的积累，产生了大量的ROS，加剧了膜脂过氧化，并促进了蛋白质和叶绿素的降解，表明40M Cd已对菹草造成了显著的氧化胁迫。外源L-Orn的添加能够显著降低菹草对Cd的积累，并大量增加多胺和脯氨酸的含量，显著抑制了Cd造成的氧化胁迫。大量的研究证实外源NO能够缓解重金属对植物造成的毒性，增强植物对重金属胁迫的抗性，但具体的生理和分子机制仍不是很清楚，且NO对水生植物重金属胁迫下多胺代谢与脯氨酸代谢的研究尚未见报道。ADC第三章 外源一氧化氮对镉胁迫下菹草抗氧化系统、多胺代谢及脯氨酸代谢的影响 1 实验设计(1)对照组:1/10 Hoagland溶液；(2)Cd处
6、理组:含有40 M Cd的1/10 Hoagland溶液；(3)SNP处理组:在含有40M Cd 的的1/10 Hoagland溶液中分别添加 0.1、1、10和100 M的SNP。2 生理指标测定氧化胁迫、光合色素含量、多胺代谢、脯氨酸代谢和Cd含量 2.1 O2.-产生速率、H2O2、MDA和可溶性蛋白含量 2 结果与分析参数CKCdCd+0.1SNPCd+1SNPCd+10SNPCd+100SNPO2.-产生速率(nmol/g/min)12.150.92c20.621.96a17.500.71ab16.100.85b14.400.57bc19.751.77aH2O2含量(mol/g)21
7、2.6517.89c378.1316.79a340.017.06a300.4713.48b247.7515.20c368.5019.09aMDA含量(nmol/g)3.430.18d5.410.3a4.550.21b4.300.14bc3.800.14cd5.300.28a可溶性蛋白含量(mg/g)8.090.58a4.590.27e5.780.31cd6.950.35b6.950.35b4.900.42de2.2 色素含量2.3 SOD、POD和CAT活性2.4 AsA和GSH含量以及APX活性2.5 多胺含量2.6 多胺代谢酶活性酶活(U/g)CKCdCd+0.1SNPCd+1SNPCd+
8、10SNPCd+100SNPP5CS25.751.06c 33.401.27b36.500.71ab 39.001.41a 40.132.65a 25.350.92c OAT23.351.91a 14.441.07d 16.700.99cd 18.750.35bc 21.001.41ab 13.840.79d PDH26.151.20a 21.450.78b 16.801.13c 16.101.56c 13.080.95d 16.651.06c2.7 脯氨酸含量及代谢酶活性2.8 Cd含量2.9 本章小结Cd胁迫打破了菹草体内的抗氧化系统、脯氨酸代谢和多胺代谢的代谢平衡，使ROS大量积累，对菹
9、草造成显著的氧化损伤。低浓度的NO能够缓解Cd诱导的氧化胁迫，并抑制SOD、POD和CAT活性，同时提高AsA和GSH含量以及APX活性，可能的原因是外源NO一方面能够直接清除ROS，另一方面能够提高AsA-GSH循环清除ROS的能力，从而抑制Cd诱导的ROS的积累。低浓度的NO能够通过调节多胺代谢酶活性逆转Cd胁迫诱导的Put含量的上升以及Spd和Spm含量的下降。低浓度的NO增强脯氨酸合成酶的活性并抑制分解酶的活性，从而显著增加脯氨酸的含量。外源NO促进菹草对Cd的积累。第四章第四章 论文创新点和研究展望论文创新点和研究展望创新点：本研究首次证实了鸟氨酸对菹草Cd胁迫的缓解作用并首次探究了
10、外源NO对水生植物Cd胁迫下多胺代谢和脯氨酸代谢的影响。研究展望：（1）从分子水平探究外源L-Orn的缓解效应。（2）外源NO能够促进菹草对Cd的积累，具体的分子机制有待于进一步研究。研究成果1.夏海威夏海威，吴娟，黄敏，施国新，乔旭强.外源鸟氨酸对菹草(Potamogeton crispus L.)抗镉胁迫能力的影响.湖泊科学湖泊科学,2014,26(2):288-296.2.夏海威夏海威，施国新，黄敏，吴娟.一氧化氮对植物重金属胁迫抗性影响的研究进展.生态学报生态学报(已排版)3.Haiwei Xia,Guoxin Shi,Xiaoke Yang,Zhenzhen Zheng,Min Hu
11、ang,Juan Wu.Effects of nitric oxide on changes in oxidative stress,metabolisms of polyamine and proline and cadmium accumulation in Potamogeton crispus L.under cadmium stress.Biometals(under review)致谢首先，感谢我的导师施国新教授这三年里在学首先，感谢我的导师施国新教授这三年里在学习与生活上给予我的指导和帮助！习与生活上给予我的指导和帮助！同时，还要感谢我们的课题组成员！同时，还要感谢我们的课题组成员！最后，非常感谢各位评委老师百忙之中能来参最后，非常感谢各位评委老师百忙之中能来参加我们的答辩！加我们的答辩！