Mn超积累植物商陆及植物修复重金属污染土壤的展望课件

1、大纲商陆的Mn超积累和耐受性Mn在植物体内的作用及Mn污染植物修复土壤的研究进展第1页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性商陆简介：商陆（Phytolacca acinosa Roxb.）商陆科，商陆属，多年生草本。生物量大、生长快、地理分布广，对Mn及很多重金属具有超积累的特性。第2页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性大多数非超积累植物，在Mn浓度为20500g/g(DW)时能够正常生长，而当Mn浓度达到500g/g(DW)以上时，就会产生毒性。但在一些Mn超积累植物（Mn hyper-accumulator）（商陆）中，Mn浓度可以达到10,000g/g (DW)而不表现出任何毒性症状第

2、3页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性大多数的实验中，商陆（Phytolacca acinosa Roxb.）的叶片中Mn积累量最多，可达到1020mg/g(DW)，在其同属植物美洲商陆（Phytolacca americana L.）叶片内积累可达40mg/g(DW)以上。显示了商陆这一种植物对Mn的高耐受性和超积累。第4页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性有些实验表明，商陆对Mn的高耐受性与植物体内的抗氧化酶活性有很大的关系。在商陆和烟草（Nicotiana tabacum）的试验中可以证明这一观点，在此试验中，从光合速率，MDA含量，相对电导率，和抗氧化性酶活性方面对比了在Mn处理下

3、各种生理指标的不同。第5页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性第6页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性在上面的实验中，在不同Mn离子浓度处理下，商陆MDA和电解质渗透率比烟草要低很多，光合速率下降的程度比烟草也少很多。第7页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性第8页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性在酶活性试验中推断出：商陆的SOD活性增加较快，证明商陆的抗氧化能力较强。CAT的活性两种植物相反，商陆增加而烟草降低，表明CAT可能是鉴定是否为Mn耐受植物的因素。烟草的POD活性增加非常快，由此可见POD可以作为Mn毒的灵敏指标。第9页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性商陆对Mn的超积累可

4、能与ZIP、NRAMP CDF、CAX2、MCF家族有关。这些蛋白质存在于质膜或液泡膜上，与重金属的转运有很大的关系。我们猜想他们可能对Mn离子进行了跨膜的运输从而减轻Mn的毒害。第10页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性研究表明，拟南芥（Arabidopsis thaliana）中NRAMP1（Natural Resistance Associated Macrophage Protein 1）转运体与Mn离子的高亲和运输有关，且证明了这一种蛋白质是定位在质膜上的一种蛋白，拟南芥的nramp1突变体将失去对Mn的高亲和转运功能力。第11页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性WT nramp

5、1-1第12页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性NRAMP1是一种膜蛋白第13页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性NRAMP1-GFP补救了nramp1-1的功能第14页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性此实验还能够证明NRAMP1转运体能够补充IRT1（Iron-Regulated Trans-porter1）吸收Fe和Co的功能。第15页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性在另外一个实验中，可能解释了商陆根中Mn的解毒原理，这个实验中作者将商陆的根分成了四部分,主根、初级侧根、次级侧根以及在主根根表覆盖的一层较厚的蓬松组织。他分别测定Mn处理下商陆根四个部分的Mn离子浓度，进行分析。

6、第16页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性可以看出在高Mn状态下根表结构中的Mn含量最高，而此结构在植物的生长过程中会脱落，此机理可能对于商陆根部解毒有一定的作用第17页，共29页。商陆的Mn超积累和耐受性我们知道商陆对于Mn有很高的耐受性，以及可以富集大量的Mn，但是商陆对于Mn的超积累机制至今还不是十分了解，还有待深入研究第18页，共29页。Mn在植物体内的作用及Mn污染的现状锰元素的作用Mn是动植物生长的必需微量元素,参与植物光合电子传递链的氧化还原过程和及PS 系统中水的光解,对维持叶绿体正常结构有重要作用;同时,Mn 是Mn超过氧化物歧化酶(MnSOD) 的辅因子,参与生物体内的抗

7、氧化过程。第19页，共29页。Mn在植物体内的作用及Mn污染的现状锰在土壤中的形态锰在土壤中主要有以下几种形态:有机态锰、矿物态锰及含锰无机盐、水溶态锰、交换态锰。对植物有效的锰可分为3类：水溶性锰、交换态锰和易还原态锰, 三者的总和称为活性锰。一般用活性锰作为土壤中可给态锰的指标。 第20页，共29页。Mn在植物体内的作用及Mn污染的现状锰毒产生的原因地壳的锰(Mn) 通过风化作用从原生矿物中不断地释放出来,与O2、CO2-2和SiO2结合形成MnO2、Mn3O4、MnCO3和MnSiO3 等次生矿物。随着工业化进程的加速和耕作制度的改变,使土壤不断酸化,加速了土壤中有效Mn的释放,导致土壤

8、可溶性锰的浓度过高。第21页，共29页。Mn在植物体内的作用及Mn污染的现状锰胁迫对植物的作用简要流程图第22页，共29页。Mn在植物体内的作用及Mn污染的现状我国酸性土壤占全国耕地面积的21%,除了铝毒对作物生产影响最大外,锰毒则是酸性土壤上仅次于铝毒的限制因素。因此,如何控制和减轻锰毒对环境的污染和危害已成为一个日益突出的问题。所以对于植物的耐锰机理和污染土壤的修复的研究是至关重要的。第23页，共29页。植物修复土壤的研究进展植物修复（phytoremadiation）主要有四种类型：植物提取植物挥发植物稳定植物转化第24页，共29页。植物修复土壤的研究进展在对锰尾渣污染土壤修复的实验中，超积累植物商陆体现了重要的价值。土壤中可溶性重金属的变化 mg/kgT-1：商陆T-2：大豆T-3：商陆+大豆第25页，共29页。植物修复土壤的研究进展实验结果表明：经过植物修复后，污染土壤中的水溶性锰和镉，还有锰和镉的总量都有减少。证明植物修复对于污染土壤的改良确实有良好的效果。锰镉第26页，共29页。植物修复土壤的研究进展在过去的研究中，对比了不同种类的超积累植物的积累性能，对比结果如下：杠板归（Polygonum perfoliatum L.）的Mn超积累能力且容忍能力最强，其次是水