基本信息
- 項目名稱：
- 重金屬Pb2+和Cd2+脅迫對兩種小麥幼苗生理特性影響的研究
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 當今世界的污染日趨嚴重，尤其是食品方面的污染越來越受人們的關(guān)注。本實驗所用的小麥是西北主要的種植小麥，因此對這些小麥在重金屬脅迫下的各項生理指標的研究具有現(xiàn)實的意義，為小麥的增持，抗逆性的研究提供依據(jù)。
- 詳細介紹：
- 重金屬是涉及環(huán)境污染、影響農(nóng)產(chǎn)品安全問題的重要因素。據(jù)報道，我國受重金屬污染的耕地面積近2000萬公頃，約占總耕地面積的1/5。大量研究表明，重金屬在植物體內(nèi)積累，不僅嚴重影響植物的生長發(fā)育、降低產(chǎn)量和質(zhì)量，還可通過食物鏈的富集危及人類的健康。西旱2號和寧春4號是西北地區(qū)大面積種植的兩種小麥，本實驗以其幼苗為材料，綜合應用植物生理學、生物化學及細胞生物學手段，研究短期內(nèi)鉛和鎘脅迫對其葉綠素含量、抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物等生理指標的影響，分析比較相應生理指標的變化，試圖探明鉛和鎘脅迫對小麥的毒性或為深入了解和認識小麥抗重金屬污染的生理生化機制提供依據(jù)。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 鉛和鎘是兩種主要的重金屬污染元素，對植物生長發(fā)育產(chǎn)生一系列的影響。西旱2號和寧春4號是西北地區(qū)大面積種植的兩種小麥，本實驗以其幼苗為材料，綜合應用植物生理學、生物化學及細胞生物學手段，研究短期內(nèi)鉛和鎘脅迫對其葉綠素含量、抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物等生理指標的影響，分析比較相應生理指標的變化，試圖探明鉛和鎘脅迫對小麥的毒性或為深入了解和認識小麥抗重金屬污染的生理生化機制提供依據(jù)。
科學性、先進性及獨特之處
- 已有研究表明：檢測植物抗氧化酶系統(tǒng)、滲透性調(diào)節(jié)物以及光合色素含量等生理指標的變化，對揭示植物受鉛脅迫的傷害機理及植物對重金屬脅迫的耐受性具有重要意義。本作品以嚴謹、科學的實驗方法，分析比較鉛、鎘脅迫下兩種小麥相應生理指標的變化，揭示小麥抗重金屬污染的生理生化機制。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 大量研究表明，重金屬在植物體內(nèi)積累，不僅嚴重影響植物的生長發(fā)育、降低產(chǎn)量和質(zhì)量，還可通過食物鏈的富集危及人類的健康。小麥是世界上最重要的糧食作物，全世界約有一半以上的人口以小麥作為主要糧食，其產(chǎn)量和品質(zhì)直接影響著人民飲食水平的提高。鉛和鎘是兩種主要的重金屬污染元素，研究短期內(nèi)這兩種重金屬脅迫對小麥各項生理指標的影響，對揭示小麥受鉛、鎘脅迫的傷害機理及小麥對重金屬脅迫的耐受性具有重要意義。
學術(shù)論文摘要
- 以兩種小麥西旱2號和寧春4號幼苗為供試材料，研究了不同濃度Pb(NO3)2和Cd(NO3)2處理對其葉綠素含量、抗氧化酶活性及滲透性調(diào)節(jié)物等生理特性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在低濃度鉛處理下幼苗葉片葉綠素含量無顯著變化，而高濃度鉛脅迫使兩種小麥葉綠素a（Chla）葉綠素b（Chlb）及葉綠素總量明顯減少，但SOD活性顯著升高，且相同濃度鉛脅迫對小麥寧春4號幼苗葉片葉綠素的破壞作用明顯強于對西旱2號的作用，而兩種小麥在鎘脅迫下葉綠素a（Chla）葉綠素b（Chlb）及葉綠素總量均降低，且高濃度鎘處理對西旱2號幼苗葉片Chlb的破壞程度強于對Chla的破壞；不同濃度硝酸鉛和硝酸鎘處理誘導兩種小麥幼苗過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性均不同程度地升高，但不影響丙二醛（MDA）含量；此外，Pb2+處理使小麥幼苗葉片脯氨酸含量升高，此效應具有濃度依賴性，但鉛處理不影響可溶性糖相對含量。結(jié)果表明，鉛、鎘脅迫均對兩種小麥幼苗葉片葉綠素造成了破壞，但都不同程度誘導抗氧化酶活性升高，增強了小麥對鉛、鎘的耐受性，因而脅迫誘導兩種小麥葉片MDA含量變化與對照比無顯著性差異。
獲獎情況
- 獲得西北師范大學第八屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽二等獎
鑒定結(jié)果
- 張輝等同學申請的作品真實可靠，實驗數(shù)據(jù)真實有效。
參考文獻
- 1. Zhang MK, Ke ZX. Copper and zinc enrichment in different size fractions of organic matter from polluted soils[J]. Pedosphere, 2004, 14(1):27 – 36. 2. 劉霞, 劉樹慶, 王勝愛. 河北主要土壤中Cd和Pb的形態(tài)分布及其影響因素[J]．土壤學報, 2003, 40(3):393 – 400. 3. 鄭海龍, 陳杰, 鄧文靖. 六合蔣家灣蔬菜基地重金屬污兩工業(yè)區(qū)土壤重金屬主要來自于工業(yè)污水及染現(xiàn)狀與評價[J]. 土壤, 2004, 36(5):557 – 560. 4. 秦天才, 吳玉樹, 王煥校, 等. 鎘、鉛及其相互作用對小白菜根系生理生態(tài)效應的研究[J]．生態(tài)學報，1998 , 18 (3):320 – 325. 5. 朱志誠, 賈東林. 艾蒿群落生物量初步研究[J]. 中國草地, 1997, 5(99): 6 – 13. 6. 杜連彩. 植物耐鉛生態(tài)型及對鉛脅迫的耐性機理[J]. 生物學教學, 2007, 32(2):2 – 3. 7. 任安芝, 高玉葆, 劉爽. 鉻、鎘、鉛脅迫對青菜葉片幾種生理生化指標的影響[J]. 應用與環(huán)境生物學報, 2000, 6(2):112 – 116. 8. 李榮春. Cd、Pb及其復合污染對烤煙葉片生理生化及細胞亞顯微結(jié)構(gòu)的影響[J]. 植物生態(tài)學報, 2000, 24(2):238 – 242. 9. 楊丹慧. 重金屬對高等植物光合膜結(jié)構(gòu)和功能的影響[J]. 植物學通報, 1991, 8(3):26 – 29
同類課題研究水平概述
- 已有研究表明，鉛進入植物體內(nèi)誘導活性氧積累、改變細胞膜透性，對葉綠體、線粒體、細胞核等亞顯微結(jié)構(gòu)造成不同程度的破壞。另據(jù)研究，鉛可競爭性地取代某些酶活性中心的金屬元素而影響酶的正常活性，從而引起植物光合作用、呼吸作用、氮素代謝、核酸代謝等一系列生理生化過程的紊亂。Prasad等（1987）認為重金屬與葉綠體蛋白質(zhì)的-SH結(jié)合或取代Fe2+、Mg2+等離子導致葉綠體結(jié)構(gòu)和功能的破壞，致使葉綠素分解。Kupper等（1996）研究發(fā)現(xiàn)，高濃度的鉛可以破壞葉綠素合成過程中葉綠素酸酯還原酶的活性和影響氨基-γ-酮戊酸的合成，從而導致植物葉綠素含量減少。SOD、CAT、POD和APX等抗氧化酶是植物細胞內(nèi)抗氧化酶清除系統(tǒng)的主要組分，在維持體內(nèi)活性氧產(chǎn)生和清除方面發(fā)揮著重要作用（孫小霞，2006）。其中，SOD處于清除活性氧系統(tǒng)的第一道防線，可將超氧陰離子歧化為H2O2；CAT、POD和APX可催化H2O2形成H2O，使細胞免受傷害（王友保等，2001）。脯氨酸作為重要的滲透調(diào)節(jié)物與植物體內(nèi)活性氧自由基的清除以及膜脂過氧化作用的減弱有密切的關(guān)系。有研究者證明，高羊茅、大麥等植物在鉛處理后脯氨酸含量增加（2006）。任安芝等（2000）認為，脯氨酸的增加可能是植物對重金屬的一種適應性反應，可通過減弱植物細胞膜脂過氧化程度從而對植物起到保護作用。 鎘具有移動性強、生物毒性大而且易被植物吸收的特點，是一種對植物有積累性危害的有毒物質(zhì)。研究表明，鎘的毒害作用不僅表現(xiàn)在鎘通過損傷植物的光合作用、呼吸作用和營養(yǎng)代謝等方式制約植物的生長發(fā)育，而且其易累積于植物體內(nèi)，并通過食物鏈影響人畜健康（任安芝等，2000）。有研究者認為，鎘對植物的生長抑制作用與植物體內(nèi)活性氧自由基代謝有關(guān)（GALLEGO等，1996）。王國成等認為，植物在鎘脅迫下體內(nèi)活性氧累積，導致自由基過氧化損傷、蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子變性，對植物光合色素、抗氧化酶活性以及滲透調(diào)節(jié)等產(chǎn)生一系列的影響。其中，活性氧過氧化氫（H2O2）的積累是植物組織遭受氧化脅迫的一個重要特征。綜上所述，本研究檢測了鉛和鎘脅迫下，兩種小麥幼苗抗氧化酶系統(tǒng)、光合色素含量和滲透調(diào)節(jié)物含量等生理指標的變化，對揭示植物受重金屬脅迫的傷害機理具有重要意義。
