基本信息
- 项目名称：
- 重金属Pb2+和Cd2+胁迫对两种小麦幼苗生理特性影响的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 当今世界的污染日趋严重，尤其是食品方面的污染越来越受人们的关注。本实验所用的小麦是西北主要的种植小麦，因此对这些小麦在重金属胁迫下的各项生理指标的研究具有现实的意义，为小麦的增持，抗逆性的研究提供依据。
- 详细介绍：
- 重金属是涉及环境污染、影响农产品安全问题的重要因素。据报道，我国受重金属污染的耕地面积近2000万公顷，约占总耕地面积的1/5。大量研究表明，重金属在植物体内积累，不仅严重影响植物的生长发育、降低产量和质量，还可通过食物链的富集危及人类的健康。西旱2号和宁春4号是西北地区大面积种植的两种小麦，本实验以其幼苗为材料，综合应用植物生理学、生物化学及细胞生物学手段，研究短期内铅和镉胁迫对其叶绿素含量、抗氧化酶活性、渗透调节物等生理指标的影响，分析比较相应生理指标的变化，试图探明铅和镉胁迫对小麦的毒性或为深入了解和认识小麦抗重金属污染的生理生化机制提供依据。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 铅和镉是两种主要的重金属污染元素，对植物生长发育产生一系列的影响。西旱2号和宁春4号是西北地区大面积种植的两种小麦，本实验以其幼苗为材料，综合应用植物生理学、生物化学及细胞生物学手段，研究短期内铅和镉胁迫对其叶绿素含量、抗氧化酶活性、渗透调节物等生理指标的影响，分析比较相应生理指标的变化，试图探明铅和镉胁迫对小麦的毒性或为深入了解和认识小麦抗重金属污染的生理生化机制提供依据。
科学性、先进性及独特之处
- 已有研究表明：检测植物抗氧化酶系统、渗透性调节物以及光合色素含量等生理指标的变化，对揭示植物受铅胁迫的伤害机理及植物对重金属胁迫的耐受性具有重要意义。本作品以严谨、科学的实验方法，分析比较铅、镉胁迫下两种小麦相应生理指标的变化，揭示小麦抗重金属污染的生理生化机制。
应用价值和现实意义
- 大量研究表明，重金属在植物体内积累，不仅严重影响植物的生长发育、降低产量和质量，还可通过食物链的富集危及人类的健康。小麦是世界上最重要的粮食作物，全世界约有一半以上的人口以小麦作为主要粮食，其产量和品质直接影响着人民饮食水平的提高。铅和镉是两种主要的重金属污染元素，研究短期内这两种重金属胁迫对小麦各项生理指标的影响，对揭示小麦受铅、镉胁迫的伤害机理及小麦对重金属胁迫的耐受性具有重要意义。
学术论文摘要
- 以两种小麦西旱2号和宁春4号幼苗为供试材料，研究了不同浓度Pb(NO3)2和Cd(NO3)2处理对其叶绿素含量、抗氧化酶活性及渗透性调节物等生理特性的影响。结果发现，在低浓度铅处理下幼苗叶片叶绿素含量无显著变化，而高浓度铅胁迫使两种小麦叶绿素a（Chla）叶绿素b（Chlb）及叶绿素总量明显减少，但SOD活性显著升高，且相同浓度铅胁迫对小麦宁春4号幼苗叶片叶绿素的破坏作用明显强于对西旱2号的作用，而两种小麦在镉胁迫下叶绿素a（Chla）叶绿素b（Chlb）及叶绿素总量均降低，且高浓度镉处理对西旱2号幼苗叶片Chlb的破坏程度强于对Chla的破坏；不同浓度硝酸铅和硝酸镉处理诱导两种小麦幼苗过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性均不同程度地升高，但不影响丙二醛（MDA）含量；此外，Pb2+处理使小麦幼苗叶片脯氨酸含量升高，此效应具有浓度依赖性，但铅处理不影响可溶性糖相对含量。结果表明，铅、镉胁迫均对两种小麦幼苗叶片叶绿素造成了破坏，但都不同程度诱导抗氧化酶活性升高，增强了小麦对铅、镉的耐受性，因而胁迫诱导两种小麦叶片MDA含量变化与对照比无显著性差异。
获奖情况
- 获得西北师范大学第八届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛二等奖
鉴定结果
- 张辉等同学申请的作品真实可靠，实验数据真实有效。
参考文献
- 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. 刘霞, 刘树庆, 王胜爱. 河北主要土壤中Cd和Pb的形态分布及其影响因素[J]．土壤学报, 2003, 40(3):393 – 400. 3. 郑海龙, 陈杰, 邓文靖. 六合蒋家湾蔬菜基地重金属污两工业区土壤重金属主要来自于工业污水及染现状与评价[J]. 土壤, 2004, 36(5):557 – 560. 4. 秦天才, 吴玉树, 王焕校, 等. 镉、铅及其相互作用对小白菜根系生理生态效应的研究[J]．生态学报，1998 , 18 (3):320 – 325. 5. 朱志诚, 贾东林. 艾蒿群落生物量初步研究[J]. 中国草地, 1997, 5(99): 6 – 13. 6. 杜连彩. 植物耐铅生态型及对铅胁迫的耐性机理[J]. 生物学教学, 2007, 32(2):2 – 3. 7. 任安芝, 高玉葆, 刘爽. 铬、镉、铅胁迫对青菜叶片几种生理生化指标的影响[J]. 应用与环境生物学报, 2000, 6(2):112 – 116. 8. 李荣春. Cd、Pb及其复合污染对烤烟叶片生理生化及细胞亚显微结构的影响[J]. 植物生态学报, 2000, 24(2):238 – 242. 9. 杨丹慧. 重金属对高等植物光合膜结构和功能的影响[J]. 植物学通报, 1991, 8(3):26 – 29
同类课题研究水平概述
- 已有研究表明，铅进入植物体内诱导活性氧积累、改变细胞膜透性，对叶绿体、线粒体、细胞核等亚显微结构造成不同程度的破坏。另据研究，铅可竞争性地取代某些酶活性中心的金属元素而影响酶的正常活性，从而引起植物光合作用、呼吸作用、氮素代谢、核酸代谢等一系列生理生化过程的紊乱。Prasad等（1987）认为重金属与叶绿体蛋白质的-SH结合或取代Fe2+、Mg2+等离子导致叶绿体结构和功能的破坏，致使叶绿素分解。Kupper等（1996）研究发现，高浓度的铅可以破坏叶绿素合成过程中叶绿素酸酯还原酶的活性和影响氨基-γ-酮戊酸的合成，从而导致植物叶绿素含量减少。SOD、CAT、POD和APX等抗氧化酶是植物细胞内抗氧化酶清除系统的主要组分，在维持体内活性氧产生和清除方面发挥着重要作用（孙小霞，2006）。其中，SOD处于清除活性氧系统的第一道防线，可将超氧阴离子歧化为H2O2；CAT、POD和APX可催化H2O2形成H2O，使细胞免受伤害（王友保等，2001）。脯氨酸作为重要的渗透调节物与植物体内活性氧自由基的清除以及膜脂过氧化作用的减弱有密切的关系。有研究者证明，高羊茅、大麦等植物在铅处理后脯氨酸含量增加（2006）。任安芝等（2000）认为，脯氨酸的增加可能是植物对重金属的一种适应性反应，可通过减弱植物细胞膜脂过氧化程度从而对植物起到保护作用。 镉具有移动性强、生物毒性大而且易被植物吸收的特点，是一种对植物有积累性危害的有毒物质。研究表明，镉的毒害作用不仅表现在镉通过损伤植物的光合作用、呼吸作用和营养代谢等方式制约植物的生长发育，而且其易累积于植物体内，并通过食物链影响人畜健康（任安芝等，2000）。有研究者认为，镉对植物的生长抑制作用与植物体内活性氧自由基代谢有关（GALLEGO等，1996）。王国成等认为，植物在镉胁迫下体内活性氧累积，导致自由基过氧化损伤、蛋白质和核酸等生物大分子变性，对植物光合色素、抗氧化酶活性以及渗透调节等产生一系列的影响。其中，活性氧过氧化氢（H2O2）的积累是植物组织遭受氧化胁迫的一个重要特征。综上所述，本研究检测了铅和镉胁迫下，两种小麦幼苗抗氧化酶系统、光合色素含量和渗透调节物含量等生理指标的变化，对揭示植物受重金属胁迫的伤害机理具有重要意义。
