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1、细胞生物学课程内容延伸 科研论文研读报告,汞、镉、铜污染对鱼草细胞膜系统的毒害作用本文选自应用生态学报,报告人：宋佳炜 李玉梅报告时间：2009年6月17日,摘 要,通过生理生化反应测定、激光共聚焦扫描显微镜及透射电镜观察等实验手段,研究了Hg、Cd、Cu 对高等水生植物鱼草细胞膜系统的毒害作用。结果表明:在 3种重金属离子作用下，鱼草叶细胞活性氧 ROS与丙二醛MDA含量上升，保护酶系统活性紊乱，膜脂过氧化程度加剧;质膜受损,膜透性增加,质壁分离;叶绿体膨胀至解体，类囊体膜上的光合色素光激发过程受阻，平均自发荧光强度降低；线粒体嵴突膨胀、减少,膜破损；核膜破裂。Hg、Cd、Cu 对鱼草细胞膜
2、系统的影响存在着一定的剂量效应关系。膜系统的稳定性在植物抗重金属胁迫的过程中起着关键性的作用。本文以鱼草为材料,通过生理生化反应测定、激光共聚焦扫描显微镜及透射电镜观察等实验手段,研究了Hg、Cd、Cu 对鱼草细胞膜系统的毒害作用,从膜系统和抗逆性关系的角度进一步探讨重金属污染机制,为环境管理与生物防治提供科学依据.,材料和方法,鱼草：选取生长旺盛的植株水培在无底泥玻璃缸中，放入 Forma3744培养箱内预平衡，1周后，于 8：00分别移至培养箱内已加入浓度为 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.7和1.0 mgL HgCl2(以纯 Hg 计)和 0.1、1.0、5.0、10、25和
3、 50 mgL CdCl2(以纯 Cd 计)及 0.1、1.0、5.0、10、25和 50 mgL CuSO4(以纯 Cu 计)玻璃缸中，另取两缸作为对照去离子水。光暗周期为 12h12h，温度为 25。从第2天开始每天8：00定时采样。选取植株倒数第3至第5枚叶片进行生理指标的测定和超微结构变化的观察。实验重复5次，实验结果取平均值。测定方法 膜透性 MDA含量 ROS含量 酶活性 自发荧光强度 超微结构,实验结果,重金属离子对鱼草叶片膜透性、ROS及 MDA含量的影响重金属离子对鱼草叶片保护酶活性的影响重金属离子对鱼草叶片自发荧光强度的影响重金属离子对鱼草叶片膜系统超微结构的影响,1、重金
4、属离子对鱼草叶片膜透性、ROS及 MDA含量的影响,3种离子均使鱼草叶片膜透性、ROS及 MDA含量增加。在 3种重金属离子作用下,鱼草叶片 ROS与MDA含量呈上升趋势,且和浓度大小及处理时间呈正相关。MDA含量积累略滞后于 ROS.1 mgLHg 处理 4 d的 MDA含量为对照的 2.45倍.。50 mgL Cd 及 50 mgL Cu 处理 4 d时 MDA含量分别是对照的 1165和 1187倍。,2、重金属离子对鱼草叶片保护酶活性的影响,在 Hg、Cu 作用下，鱼草叶片 SOD活性先升后降。Hg处理的峰值在 0.2 mg/L，Cu 处理的峰值在 1 mg/L，Cd 处理的峰值在 2
5、5 mg/L。鱼草叶片 POD活性呈上升趋势，且和浓度大小呈正相关。在 Hg 作用下 POD活性上升幅度最大。在 Cd 和 Cu 作用下，上升幅度相对较小。1 mg/L Hg 处理 4 d时为对照的 2.22倍，50 mg/L Cd 及 50 mg/LCu 处理 4 d时，POD活性分别为对照的 1.39和1.54倍。,3、重金属离子对鱼草叶片自发荧光强度的影响,3种离子均使鱼草叶细胞自发荧光强度峰值变小,范围变窄,平均自发荧光强度降低,且与浓度大小呈负相关 图 3.鱼草自发荧光强度对重金属离子敏感,Hg 处理对鱼草自发荧光能力破坏严重,0.5 mg/L 浓度组处理 2 d时,鱼草叶细胞自发荧
6、光强度仅为对照的 22.5%,1.0 mg/L Hg处理 2 d时,几乎检测不到;Cd 和Cu 处理坏程度相对较轻,50 mg/L Cd 及 50 mg/LCu 处理 2 d时鱼草自发荧光强度分别为对照的34.2%、29.5%.,4、重金属离子对鱼草叶片膜系统超微结构的影响,在 3种离子作用下，鱼草细胞膜系统结构受到损伤。0.5 mg/L Hg 处理 4 d，叶绿体膨胀成圆形，叶绿体内基粒垛叠解体.,讨,论,本研究表明,在3种重金属离子作用下,虽然鱼草体内的保护酶系统活性发生了应激性的提高,但是ROS含量的上升和 MDA的积累说明其保护功能是有限的.尤其是在高浓度下更明显.ROS含量的升高引起
7、膜脂过氧化反应,随着活性氧的累积,膜脂过氧化加剧,膜内不饱和脂肪酸过氧化,膜脂产生脱脂化作用,磷脂游离,破坏膜结构.,膜脂过氧化的最终产物 MDA，可与质膜内的氨基酸、蛋白质、不饱和脂肪酸等生物大分子发生反应，阻止新脂类的合成，损伤膜结构。说明重金属毒害的重要位点是其膜部分；保护酶系统既具有解毒功能，同时又是重金属植物毒性的作用位点；3种离子作用下，鱼草叶片膜透性增加；鱼草平均自发荧光强度降低，说明类囊体膜结构及光合色素的结合状态受到损伤，类囊体膜的有序性受到破坏，无法行使光能吸收、传递及转换功能。,综上所述,重金属离子破坏细胞内活性氧代谢的平衡,引起膜脂过氧化,损伤膜结构,导致生理生化反应紊乱,进而造成对植物整体的伤害.伤害程度因植物对重金属抗性强弱而异.Hg、Cd、Cu 对鱼草膜系统的影响存在着一定的剂量效应关系,植物膜系统的稳定性在植物抗重金属胁迫的过程中起着关键性的作用.,谢谢大家,
