史萍[1]2001年在《稀土元素镧在植物细胞中的定位及对细胞产生生理生化效应的机制研究》文中研究说明本论文首先利用透射电镜技术对稀土元素镧在黄瓜幼苗根和叶细胞中的定位进行了检测;其次,对镧影响叶片生长产生的生理生化效应进行了研究;最后,利用扫描电镜(配有X-射线能谱仪)和核素多重示踪技术分别对镧影响叶片不同组织细胞内七种必需元素的分布和幼苗不同部位中四种核素的吸收、累积进行了观察研究,以期阐明稀土元素影响植物生长调节的生理机制。主要结果摘要如下: 1.稀土离子La~(3+)结合在根细胞的细胞质膜、液泡膜和线粒体膜上,证明La~(3+)可通过原生质体膜进入根细胞内,并结合在不同细胞器的膜系统上。 2.叶片的相对含水量、总膜脂含量及SOD酶活性受稀土La~(3+)影响不大;低浓度La~(3+)(0.002-0.2mmolL~(-1))处理下,叶绿素和类胡萝卜素含量及抗氧化酶POD和CAT活性都有升高,但2mmolL~(-1)时都出现相反趋势;渗透调节物质脯氨酸随La~(3+)浓度的增大呈上升趋势;膜脂过氧化产物MDA和内源ABA含量在La~(3+)浓度为0.002-0.2mmolL~(-1)都有减少,但在2mmolL~(-1)有增加趋势;不同浓度La~(3+)处理引起叶片中腐胺与精胺的累积变化规律较相似,而亚精胺与它们不同;另外,La~(3+)在引起叶片可溶性蛋白含量变化的同时,还引起41KDa多肽的出现,推测植物通过改变它们的基因表达,来适应一定的环境条件,从而存活下来。 3.La~(3+)处理引起Na、Mg、Cl、K和Ca元素含量下降,Fe和Mn升高;而且0.02mmolL~(-1)La~(3+)处理引起的元素的降低和升高都比2.0mmolL~(-1)La~(3+)处理引起的要大。La~(3+)对叶片不同组织细胞内离子吸收的影响与Ca~(2+)的作用很相似,推测稀土元素通过调节植物细胞Ca~(2+)水平来影响植物生理机制。 4.四种核素~(75)Se、~(58)Co、~(48)V和~(95)Tc在幼苗不同部位根、茎、叶和叶绿体及叶
郭绍芬[2]2008年在《镧（III）、铽（III）对体内外辣根过氧化物酶活性与结构的影响研究》文中提出近年来,稀土元素在各个领域广为应用。特别是在中国和其他一些国家,稀土微肥被成功用于促进作物生长和提高产品品质,已有30余年的历史。据报道,适量稀土对植物生长、产品品质及抗逆性方面有促进作用,但是当稀土浓度过高时,则起抑制作用,表现为“低促高抑(hormesis effect)”现象。植物体内的保护酶系统,如过氧化氢酶,过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶对稀土敏感。因此,保护酶如过氧化物酶可作为生物标记物来研究酶与稀土的相互作用。然而,由于植物细胞壁的阻隔作用,稀土能否进入细胞及其对POD在植物细胞的分布、活性和结构的影响机理,以及POD生物活性和结构的关系至今仍不清楚。辣根过氧化物酶(HRP)为POD酶超家族的一员,其主要源自辣根,且HRP分离纯化及其结构研究透彻。本论文中,HRP作为过氧化物酶的典型模型,通过多学科交叉合作,研究了轻稀土离子La~(3+)和重稀土离子Tb~(3+)对植物体内外的HRP活性与结构的影响。结果主要归纳如下:模拟生理溶液中,轻稀土离子La~(3+)对HRP活性的影响随稀土浓度升高呈现“低促高抑(Hormesis effect)”现象。产生这种效应的成因是La~(3+)改变了HRP的构象。低浓度的La~(3+)使HRP的多肽链构象的有序结构含量增加,无序结构含量减少,使血红素卟啉环中非平面性增加,导致HRP分子血红素活性中心Fe(III)暴露程度的增加,使得HRP分子电子传递更加容易,因而HRP分子的活性增加。高浓度的La~(3+)会使HRP分子中的多肽链构象的有序结构含量减少,无序结构含量增加,整个分子更趋近于松散,使血红素卟啉环中平面性增加,导致HRP分子血红素活性中心Fe(III)的暴露程度减弱,使HRP分子电子传递更为困难,因而HRP分子的活性被抑制。La~(3+)可以和HRP分子中多肽的酰胺发生相互作用,改变多肽链的构象,从而对活性中心产生微扰。低浓度的La~(3+)和HRP相互作用,只是改变了HRP的构象,其中并没有La-HRP配合物生成。高浓度的La~(3+)和HRP相互作用,有La0.88-HRP配合物生成,0.44摩尔Ca(II)被La~(3+)取代。HRP中Ca(II)的丢失将导致HRP活性的降低。进一步解释了HRP的活性被高浓度的La~(3+)所抑制的现象。在La0.88-HRP配合物中,La~(3+)和HRP多肽链酰胺的氧原子或氮原子形成共价键,使整个分子电子云密度重新分配,从而导致HRP分子生物活性的变化。辣根体内HRP的活性随La~(3+)浓度的升高也呈现出低促高抑现象。低浓度的La~(3+)处理辣根,稀土离子不能进入细胞内部,在细胞壁和细胞膜上有少量稀土存在,细胞超微结构完整,叶绿体类囊体的片层结构增加,能促进HRP的酶蛋白的合成和营养元素的吸收利用,如,钙,铁。低浓度La~(3+)对辣根生长起到促进作用,此时,辣根体内没有La-HRP生成。高浓度的La~(3+)处理辣根,稀土能进入细胞内部,细胞结构受损,HRP大多集中在细胞壁上,造成细胞衰老,对辣根植物生长起到抑制作用。在该条件下,辣根体内生成La-HRP配合物,其中La~(3+)和HRP肽链上的氧原子或氮原子结合,La-HRP的分子量为43833 Da,pI 8.76,大约1摩尔的La~(3+)键合到1摩尔的HRP上形成1摩尔的La-HRP。HRP和La-HRP的性质对比研究表明, La-HRP的构象和微结构不同于HRP。两者相比,La-HRP血红素基团的平面性增加,活性中心Fe(III)的电子云密度减小,从而使La-HRP的电化学和催化活性被抑制,这可能是La~(3+)抑制辣根体内过氧化物酶的机理之一。荧光显微镜的结果表明La-HRP经食物链进入生物体,将被吸附在细胞膜上而影响膜的正常生理功能,对细胞造成伤害。在模拟生理溶液中Tb~(3+)和HRP相互作用,主要是抑制HRP催化活性,Tb~(3+)的这种抑制作用程度随Tb~(3+)浓度的增加而增强。Tb~(3+)可以和HRP分子中多肽的酰胺发生相互作用,改变了HRP多肽链的构象,从而对活性中心产生微扰。Tb~(3+)使HRP分子中的多肽链构象的有序结构含量减少,无序结构含量增加,整个分子更趋近于松散,使血红素卟啉环中平面性增加,导致HRP分子血红素活性中心Fe(III)暴露程度的减弱,使得HRP分子电子传递更为困难,因而HRP分子的活性受抑制。MALDI-TOF/MS和XPS结果表明Tb~(3+)对HRP活性产生抑制作用的实质是有Tb_2-HRP配合物生成,其中平均每摩尔Tb_2-HRP含有约2摩尔的Tb~(3+)。在Tb_2-HRP配合物中,Tb~(3+)和HRP多肽链的氧原子形成共价键,使整个分子电子云密度重新分配,从而导致HRP分子生物活性的变化。Tb~(3+)处理辣根,Tb~(3+)对HRP的抑制作用是主要的,对各项生理指标都表现出伤害效应,此时Tb~(3+)起到重金属离子的作用。电镜自显影结果显示Tb~(3+)大多集中分布在细胞壁上,少量Tb~(3+)能进入原生质体,并主要分布在液泡内,叶绿体内和叶绿体膜上。而此时HRP大多集中在细胞壁上,造成细胞衰老,对辣根植物生长起到抑制作用。在该条件下,辣根体内生成Tb4-HRP配合物,Tb4-HRP的分子量为44336 Da, pI 8.80,大约4摩尔的Tb~(3+)键合到1摩尔的HRP上形成1摩尔的Tb4-HRP,同时有0.21摩尔的钙被Tb~(3+)取代。HRP和Tb4-HRP的性质对比研究表明,Tb4-HRP的形成改变了HRP的构象和微结构,导致血红素基团的平面性增加,活性中心Fe(III)的暴露程度减小,从而使Tb4-HRP的电化学和催化活性被抑制,这可能是Tb~(3+)抑制辣根体内过氧化物酶活性的机理之一。荧光显微镜的结果表明Tb4-HRP经食物链进入生物体,将被吸附在细胞膜上而影响膜的正常生理功能,对细胞造成伤害。在稀土农用时,我们要慎重选择稀土离子应该为轻稀土离子如镧,并控制在较低的浓度范围。重稀土离子如铽对植物生长是有害的,应避免施用。
徐婷[3]2016年在《紫背浮萍对稀土元素镨（Pr）和镱（Yb）胁迫的应答机制研究》文中研究指明本文以分布广泛的高等水生植物紫背浮萍(Spirodela polyrrhiza)为实验材料,以稀土元素镨(Pr)和镱(Yb)为胁迫因子,在实验室条件下,运用植物生理生化、高效液相色谱、透射电镜、傅里叶变换红外光谱和Western-blot等技术,研究了稀土元素Pr和Yb对紫背浮萍的胁迫效应。(1)用含不同浓度Pr (0,20,40,60μmol·L-1)的1/10 Hongland营养液培养紫背浮萍20天,主要分析了Pr在紫背浮萍中的分布及其对叶片损伤、脂肪酸含量、抗氧化系统、光合系统、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、同工酶表达及叶绿体超微结构等产生的影响。研究结果表明：Pr主要与紫背浮萍的纤维素和果胶结合,各生物大分子结合的Pr含量多少依次为纤维素和果胶(65%-69%)>蛋白质(18%-25%)>多糖(6%-10%)>脂质(3%-4%)。随着稀土Pr浓度的增加,叶片损伤程度逐渐增大,可溶性蛋白含量逐渐下降,光合色素含量显着降低,叶绿素荧光参数Fv/Fm和Fv/Fo也呈现下降的趋势,同时油酸(18：1)、亚油酸(18：2)、亚麻酸(18：3)和花生四烯酸(20：4)等不饱和脂肪酸含量降低,MDA急剧积累,细胞死亡加重。稀土Pr处理对紫背浮萍的抗氧化系统和渗透调节物质含量产生影响,表现为超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性受到明显抑制,而过氧化物酶(POD)活性升高。同工酶酶谱分析显示,经稀土Pr处理,SOD、POD和APX谱带数均无明显变化,其中SOD和APX表达量减少,POD表达量上升。抗坏血酸(AsA)、谷胱甘肽(GSH)、游离氨基酸和可溶性糖含量随稀土Pr浓度增加而上升。透射电镜观察发现Pr对叶绿体结构造成明显的损伤,表现为叶绿体变形,嗜锇颗粒增多,基粒片层结构严重破坏,叶绿体被膜断裂。Western-blot分析显示,Pr处理使Dl和D2蛋白不断降解。从紫背浮萍的傅里叶变换红外光谱可以看出,外源稀土Pr处理后,1068、1649、2924和3421 cm-1处峰高均表现为上升的趋势,反映了糖类、氨基酸、羧酸等物质在稀土胁迫下常作为渗透调节物质出现。(2)用含不同浓度Yb (0,20,40,60μmol·L-1)的1/10 Hongland营养液培养紫背浮萍15天,分析了Yb在紫背浮萍中的分布及其对表观形态、矿质营养、膜系统、抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统(AsA-GSH)、光合系统、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、脱落酸(ABA)、渗透调节物质及同工酶表达等的影响。研究表明,随着外源Yb浓度的增加,Yb在紫背浮萍中的含量极显着上升,赋存形态分析结果显示Yb在紫背浮萍体内与纤维素和果胶结合最多(50%-53%),而与脂质结合最少(5%)。紫背浮萍在Yb处理下,叶片出现褪绿现象,色素含量下降,Fv/Fm和Fv/Fo降低,MDA含量和细胞死亡显着增加。Yb胁迫还干扰了紫背浮萍对矿质营养元素的吸收,主要表现为抑制了对K、Ca和Mg的吸收,促进了对Cu的吸收,而Zn、Fe和Mn的含量先上升后下降。经稀土Yb处理后,紫背浮萍不饱和脂肪酸含量明显下降,最高浓度Yb处理组的脂肪酸不饱和指数(IUFA)是对照组的68%。利用液相色谱／质谱联用仪测定ABA含量发现,随外源Yb浓度的增加,紫背浮萍中ABA含量呈先升后降的趋势,表明紫背浮萍对低浓度Yb胁迫表现出一定的适应性。稀土Yb处理使AsA-GSH循环中APX、GR和DHAR等关键酶活性下降,AsA和GSH含量升高。经外源Yb处理,抗氧化酶SOD和CAT活性下降,POD活性上升,脯氨酸和可溶性糖含量也增加。随稀土Yb浓度的增加,SOD和APX同工酶表达量下降,POD表达量上升。Western-blot分析结果显示,光系统II(PSII)反应中心蛋白Dl和D2随Yb浓度的增加逐渐降解。傅里叶变换红外光谱分析表明,稀土Yb处理未改变吸收峰峰形,但吸光度变化明显,说明稀土Yb没有改变植物体内的物质成分,而是对其含量产生影响。
杨光梅[4]2012年在《稀土La~(3+)对辣根细胞膜的影响》文中进行了进一步梳理稀土在各个领域的应用进入植物生态系统而影响植物的生理功能及生长，已得到科学界肯定。然而，稀土对植物生理功能影响机制依然不明，并一直是相关交叉学科探究的难点与热点问题。稀土元素在植物体内分布、作用位置、作用位点和在细胞内的化学行为研究，是探索稀土对植物生理功能影响机制的重要途径。稀土离子进入细胞需跨过细胞质膜，显而易见，细胞膜是稀土与植物发生作用的前沿。细胞可通过其表面的受体与信号分子选择性互相作用，导致细胞内很多生理生化反应发生，最终体现为细胞整体的生物学效应过程。本文以辣根为材料，以轻稀土La~(3+)为探针，综合运用流式细胞仪、免疫荧光标记、扫描电镜、透射电镜、激光共聚焦显微镜、自主搭建的全内反射显微镜(TIRM)、计算机模拟、非电活性离子检测装置以及放射自显影技术等多学科交叉先进手段，探究了稀土在辣根中的分布、作用位置和位点以及在细胞内的化学行为与方式，揭示了不同浓度稀土作用于辣根后，细胞膜的结构、性质及功能响应的微观化学过程。为从细胞及分子层次阐明稀土植物学机理及其食品安全提供了科学依据。主要研究结果如下：1．低浓度La~(3+)作用于辣根时研究发现：（1） La~(3+)主要分布于细胞质膜上，不进入辣根细胞内部。（2）作为路易斯酸的La~(3+)，可与辣根细胞外基质和细胞外被物质分子上作为一种路易斯碱的O原子等发生配位键合，而被锚定在细胞膜上显示出纳米尺寸大小的稀土生物分子配合物，即稀土生物纳米配合物。（3）La~(3+)与细胞质膜上物质分子的配位键合作用，直接影响其分子的原有结构，并可通过细胞膜的信号转导和基因调控而影响辣根细胞组成、结构和功能。2．高浓度La~(3+)作用于辣根时研究发现：（1）随着稀土La~(3+)作用于辣根浓度的增加，La~(3+)作用于辣根细胞的位置是由细胞外向细胞内。随La~(3+)浓度的升高，La~(3+)作用于细胞膜的位点就增加，也即La~(3+)会与膜上蛋白、膜蛋白、膜磷脂以及通道蛋白暴露于膜外部分分子上的O原子等发生配位键合，而生成众多不同纳米尺寸的稀土生物纳米配合物。（2）清晰地观察到La~(3+)以稀土生物纳米配合物形式通过胞吞作用进入细胞，即首先部分细胞膜凹陷，且包裹大量胞外La~(3+)生物纳米配合物颗粒；其后内陷部分逐渐闭合形成胞吞囊泡；然后胞吞囊泡从质膜上脱落并进入细胞内；最后胞吞囊泡在细胞质中被植物溶解酶溶解而进入细胞内各区室中。（3）部分过多结合La~(3+)的La~(3+)生物纳米配合物胞吞囊泡被植物溶解酶溶解时，导致部分胞囊泡破裂而出现异常的胞吞现象，引起许多不同尺寸的La~(3+)纳米配合物从胞吞囊泡释放到细胞质中，根据相似相容原理，在细胞质中自组装成不同直径(80nm-400nm)的La~(3+)生物纳米球。3．低浓度La~(3+)作用于辣根的细胞学机制为：（1）La~(3+)与细胞膜上生物分子多位点作用生成稀土生物纳米配合物而活化了辣根细胞的胞吞作用，并以这种作用方式启动细胞膜的信号传递和基因表达，并会导致信号传递和基因表达所产生一系列快速响应。诸如其中，优先是信号分子Ca2+，比对照增加了20.70%，从而证明信号传导加速；大量营养元素N、K的百分含量比对照分别增加了0.50%和131.70%；微量元素Mg、Fe、Zn的百分含量比对照分别增加了47.90%，23.00%和1.10%，显示有利于膜的组成和功能的增加，进而促进辣根细胞的长大。（2）通过细胞动态显微镜观察到，这种系列响应又反过来促进了植物的胞吞和胞吐作用，而植物胞吐作用运输出来的营养物质又用来增加细胞质膜和细胞壁的组成物质、结构物质和营养物质，使得合成细胞膜和细胞壁的量增加，从而促进细胞膜的弹性增加且极大地有利于细胞的长大。4．高浓度La~(3+)作用于辣根的细胞学机制为：（1）高浓度稀土La~(3+)作用于辣根时，La~(3+)在细胞膜上与生物分子的结合位点增多，即稀土生物纳米配合物也增多，导致很多细胞膜生物分子的微结构被改变，细胞膜分子功能被抑制。（2）高浓度稀土La~(3+)作用于辣根时，呈现La~(3+)过度活化植物细胞的胞吞作用现象，导致胞吞和胞吐时间更加缩短，即显着过度胞吞作用。这种过度胞吞作用使得进出细胞中的营养元素增加，但质膜中饱和脂肪酸含量比对照增加了20.80%，不饱和脂肪酸含量比对照降低了9.1%。证明过度胞吞作用伴随着细胞膜的损伤，进而细胞质膜弹性减弱。（3）高浓度La~(3+)处理辣根造成过度胞吞作用消耗大量的营养，从而影响物质运输。细胞的营养元素N、K、Mg、Fe、Zn的百分含量比对照组相分别降低了2.00%、45.20%、5.80%、0.63%和47.60%。过度耗能又需要大量的营养，同时细胞内营养元素减少，对辣根细胞的长大是不利的，辣根只有选择降低生物合成量来保持细胞不死亡，也即辣根通过使自身细胞不长大或缩小细胞来降低生物合成量，从而抵御高浓度La~(3+)对自身致死的伤害，即保存自我的一种保护机制的表现。（4）La~(3+)通过胞吞作用进入细胞，并出现植物细胞异常胞吞而在细胞质中自组装生成直径(80nm-400nm)的La~(3+)生物纳米球时，实验呈现出大部分的La~(3+)生物纳米球可通过胞吐作用或其它一些方式迁移到细胞膜外，并迁移至根部而进入土壤介质，从而降低细胞对稀土的蓄积，减轻稀土对细胞的伤害。（5）同时发现，少部分La~(3+)生物纳米球沉积在细胞内且不随时间而发生变化，此自组装La~(3+)生物纳米球扰乱了生物分子和植物溶解酶的识别信号，因而不能被溶解而长期累积在细胞内，即是La~(3+)在辣根细胞中的一种累积方式。（6）这种少部分大尺寸La~(3+)生物纳米球在细胞质中的沉积，导致其中生物分子的生物利用减少而抑制辣根细胞的生长；与此同时，植物细胞可利用该La~(3+)生物纳米球沉积而缓解高浓度La~(3+)对细胞膜及其细胞器的损伤，也是植物细胞缓解高浓度La~(3+)伤害植物的一种解毒机制。5．植物细胞膜是La~(3+)作用的首要位点之一：（1）稀土La~(3+)作用于辣根时浓度由低到高，由细胞外向细胞内。 La~(3+)在辣根叶细胞中分布、作用位置位点和细胞化学行为均取决于La~(3+)浓度；而La~(3+)对辣根低促高抑的影响，取决La~(3+)作用于细胞膜时La~(3+)的分布，La~(3+)的位置和La~(3+)的位点。（2）这些作用位置和位点又直接启动细胞膜的信号传递和基因表达，并会导致信号传递和基因表达所产生一系列细胞内响应并调控了细胞膜的组成、结构和功能；La~(3+)进入细胞都要通过细胞质膜这一首道屏障，无论低、高浓度La~(3+)处理辣根，辣根细胞膜都是La~(3+)作用的首要位点之一。
蔡叁娟[5]2013年在《La和Ce在伊乐藻体内的积累及其毒理学效应研究》文中研究说明本文以分布广泛的高等水生植物伊乐藻(Elodea canadensis)为研究材料,以地壳中含量最丰富的轻稀上元素镧(La)和铈(Ce)为胁迫因子,通过在实验室模拟稀土污染水体环境,运用植物生理生化和透射电镜等技术研究了不同浓度稀土元素在水生植物体内的积累、亚细胞分布、结合形态及其毒理学效应。研究结果表明：(1)用含不同浓度La (0,5,10,15,20mg·L-1)的1/10Hoagland营养液培养7天,分析了La在伊乐藻亚细胞组分中的分布、赋存形态及其对矿质营养、光合色素、丙二醛(MDA)、活性氧(ROS)、抗氧化系统(抗氧化酶和小分子抗氧化物质)和细胞超微结构的影响。研究表明：伊乐藻对La的积累具有明显的浓度依赖效应,La的最高含量可达1956.9±57.2μg·g-1FW。从La在各亚细胞组分中的分布特性可以看出,La在细胞壁中积累最多(83.8-%-86.0%),其次为细胞器(8.20%-9.3%),可溶性部分中积累最少(5.4%-7.4%),这表明细胞壁是La在伊乐藻细胞内的主要结合部位。各生物大分子结合的La含量多少依次为纤维素和果胶>蛋白质>多糖>脂质。La处理明显导致伊乐藻矿质营养失衡,主要表现为抑制对Ca、K、Mg和Mn的吸收。随着培养液中La浓度的增加,伊乐藻褪绿程度逐渐加重,光合色素(叶绿素和类胡萝卜素)含量显着降低,同时植物体内MDA和活性氧急剧积累。La胁迫对伊乐藻抗氧化系统存在不同影响,随着外源La浓度的升高,过氧化物酶(POD)活性先降后升,在20mg·L-1La处理组活性仍高于正常值,而超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性均逐渐降低。低浓度La能诱导小分子保护物质[抗坏血酸(AsA)、谷胱甘肽(GSH)、非蛋白巯基(NP-SH)、植物络合素(PCs)]含量增加,更高浓度则开始下降,最高浓度处理组,其含量均高于对照水平。电镜观察发现La对细胞器(尤其是叶绿体和线粒体)超微结构造成明显损伤,表现为低浓度La处理时,叶绿体和线粒体膨胀,类囊体出现空泡化,嵴突排列无序；高浓度La处理则使破坏程度加重,叶绿体被膜消失,线粒体和叶绿体空泡化明显,逐渐解体。在实验周期内,La对伊乐藻的半效应浓度(ECso)为3.1mg.L-1,水体最大允许浓度(MPC)为0.31mg.L-1。结果表明,La在伊乐藻细胞中主要分布在细胞壁,与纤维素和果胶紧密结合。随着La在细胞内积累的增多,伊乐藻也出现一系列明显的生理变化,包括矿质营养失衡,光合色素含量下降,活性氧产生以及抗氧化系统和细胞超微结构遭到破坏等。(2)研究了不同浓度Ce(0,5,10,15,20mg·L-1)处理伊乐藻7天后,Ce的业细胞分布、赋存形态及其对矿质营养吸收、光合色素含量、膜脂过氧化、活性氧的产生和抗氧化系统的影响。研究结果表明：随着培养液中Ce浓度的增大,Ce在伊乐藻体内的含量极显着上升,在20mg-L-1Ce处理浓度下含量达到2008.7±6.7μg·-g-1FW。Ce在各亚细胞组分中的分布顺序为细胞壁(75.4%-81.4%》细胞器(13.0%-20.4%)>可溶性部分(3.70%o-5.6%)。与Ce在亚细胞组分中的分布情况一致,Ce在伊乐藻细胞内主要与纤维素和果胶结合(约占Ce总量的84.10%-97.6%),而与脂质结合最少(约占Ce总量的0.6%--1.0%)。Ce处理明显干扰伊乐藻对营养元素的吸收,主要表现为显着降低了伊乐藻对Ca和Mg的吸收,Fe、K和Mn的含量先降低后上升。随着处理浓度的增加,伊乐藻叶绿素含量显着下降,在20mg.L-1Ce处理组,总叶绿素、.叶绿素a和叶绿素b含量分别下降了75.7%,78.2%和68.5%。MDA和过氧化氢(H202)含量以及超氧阴离子(02·-)产生速率都显着上升,同时,抗氧化系统也受到不同程度的影响,其中SOD、APX和GR活性受到明显抑制,POD和CAT活性呈上升趋势,AsA、GSH、NP-SH和PCs含量变化均随Ce浓度的增加而表现出先升后降趋势,在10-15mg·L-1Ce处理时达到最大值,20mg·L-1处理浓度下虽开始下降,但仍高于对照水平。在实验周期内,Ce对伊乐藻的半效应浓度(EC50)为3.6mg·L-1,水体最大允许浓度(MPC)为0.36mg·L-1。(3)Ce与La相似,在伊乐藻细胞中主要分布在细胞壁,以与纤维素和果胶结合为主,对伊乐藻的生理生化及细胞超微结构都造成明显损伤。这意味着高浓度外源轻稀土元素可能给水生生态系统带来潜在不良影响。
郭晓珊[6]2007年在《稀土离子在辣根植物体中的迁移及分布》文中研究表明本文以辣根(Horseradish)为试材,通过放射同位素示踪技术和电感耦合等离子体光谱法(ICP-AES)研究了稀土离子在辣根植物体中的迁移和分布,同时探讨了喷施稀土微肥后稀土元素对辣根植株体内其他金属离子吸收和辣根若干生理生化指标的影响,为理解稀土调节植物生长机理、环境毒理及其食品安全提供基础与参考。主要实验结果如下:1.用放射同位素141Ce示踪结果表明,Ce(III)能被辣根植物吸收且随时间发生迁移;2.稀土处理后,稀土在各生长阶段的辣根各器官中的含量都随着喷施稀土浓度的增加而增加,浓度在0-600mg?L-1之间增幅最大,若喷施浓度继续增大,辣根对稀土的吸收量增加的幅度就降低;稀土在辣根特定生长期不同部位的浓度分布是叶>茎>根;且生长旺盛期的辣根吸收的稀土含量最多。经轻稀土铈处理后,土壤中的Ce(III)含量都有所增加,0~20cm土层的土壤干样中的Ce(III)含量比20~40cm土层的土壤干样中Ce(III)含量高;而经重稀土铽处理后,0~20cm土层的土壤干样中的Tb(III)含量急剧下降,且20~40cm土层的土壤干样中Tb(III)含量比0~20cm土层的土壤干样中的Tb(III)含量高;3.低浓度的Ce(III)能促进各生长阶段辣根各器官的大量营养元素(K,Ca,Mg)和矿质元素(Cu,Fe,Mn)的吸收,同时与重金属元素(Cd,Pb,Cr)有拮抗作用,能缓解重金属对植物的伤害;而高浓度的Ce(III)能抑制各生长阶段辣根各器官的大量营养元素和矿质元素的吸收,同时与重金属元素有协同作用,作用类似重金属元素;经重稀土铽处理后,Tb(III)抑制各生长阶段辣根各器官的大量营养元素和矿质元素的吸收,同时与重金属元素有协同作用,类似重金属元素;4.低计量的Ce(III)对辣根生长的各项生理生化指标均有刺激作用,随着Ce(III)浓度加大,抑制作用明显,并产生严重的毒害作用,表明了轻稀土铈对辣根生理生化指标的影响存在低促高抑的“Hormesis”效应。重稀土铽Tb(III)处理后,对辣根生长的各项生理生化指标均起抑制作用,并产生严重的毒害作用。说明重稀土铽对植物的贡献主要是毒害作用,这跟重金属与植物的作用相似。轻重稀土对不同生长阶段辣根生长的各项生理生化指标的影响结果表明,稀土对生长旺盛期的辣根的影响最明显。
张轩波[7]2016年在《酸雨胁迫下镧在辣根根细胞积累及其对钾离子通道的影响》文中研究表明稀土元素被广泛应用增加了其在环境中积累。酸雨是全球重大环境问题之一,稀土元素积累与酸雨难免在农业区同时出现。植物根系从土壤中吸收水分和营养物质,直接接触土壤中稀土元素。然而,关于酸雨胁迫下稀土元素对植物根系影响的研究很少,特别是关于酸雨胁迫下稀土对植物根系钾离子通道(K~+通道)的影响。镧(La)是环境中最丰富的稀土元素之一,辣根是一种重要的经济作物。因此,本文选择辣根为研究对象,采用生理学、细胞生物学、生物物理化学、分子生物学方法和计算机模拟的优化组合,研究了酸雨胁迫下镧[La(Ⅲ)]在辣根根细胞中积累及其对K~+通道的影响。主要研究结果归纳如下:⑴酸雨促进La(Ⅲ)在辣根根细胞积累。通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)检测辣根根细胞La的含量。实验结果表明,单一La(Ⅲ)处理时,辣根根系及胞内La含量随La(Ⅲ)的浓度增大而增加。根系La的含量取决于外界环境中La(Ⅲ)的水平,而胞内La的含量取决于质膜外La(Ⅲ)的水平。酸雨促进La(Ⅲ)在辣根根系及胞内积累(除pH 4.5酸雨胁迫下20 mg×L-1 La(Ⅲ)处理时胞质内La含量无明显变化外),增幅随La(Ⅲ)浓度和酸雨强度增加而增大。利用激光共聚焦显微镜和透射电镜观察发现,La(Ⅲ)主要分布在细胞壁及质膜上,部分La(Ⅲ)通过胞吞作用进入辣根根细胞内,酸雨促进La(Ⅲ)通过胞吞作用进入细胞内积累;⑵酸雨胁迫下La(Ⅲ)影响了辣根根细胞K~+通道的功能。采用膜片钳检测辣根根细胞K~+通道电流,结合ICP-MS和SEM-EDS检测辣根根系中K及胞内K的含量。实验结果表明,酸雨加剧不同浓度(20 mg×L-1,100 mg×L-1和300 mg×L-1)La(Ⅲ)抑制K~+通道内流,抑制作用随La(Ⅲ)的浓度及酸雨强度增加而增大。相关分析显示,酸雨胁迫下La(Ⅲ)在辣根根细胞积累对胞内K、Zn和Fe的含量影响最明显。其中,La(Ⅲ)在辣根根细胞积累与Fe和Zn的含量为正相关,而与胞内K含量为显着负相关。单一La(Ⅲ)处理时,低浓度(20 mg×L-1)La(Ⅲ)促进辣根根系吸收K;高浓度(100 mg×L-1和300 mg×L-1)La(Ⅲ)则抑制辣根根系吸收K。pH 4.5酸雨胁迫下,20 mgL-1和100 mg×L-1 La(Ⅲ)促进辣根根系吸收K;pH 4.5酸雨胁迫下300 mg×L-1 La(Ⅲ)处理则无明显改变;pH 3.0酸雨胁迫下不同浓度(20 mg×L-1,100 mg×L-1和300 mg×L-1)La(Ⅲ)抑制辣根根系吸收K;⑶酸雨胁迫下La(Ⅲ)改变辣根根细胞K~+通道功能的原因之一:直接作用。分子动力学模拟和量化计算结果显示,酸性条件下La(Ⅲ)可改变K~+通道蛋白结构,较弱酸性条件下La(Ⅲ)可与K~+通道蛋白结合,影响K~+通道功能。实时荧光-聚合酶链锁反应和蛋白免疫印迹的实验结果显示,酸雨胁迫下La(Ⅲ)影响辣根细胞K~+通道蛋白合成。pH 4.5酸雨增大低浓度(20 mg×L-1)La(Ⅲ)对辣根根细胞AKT1基因转录和翻译的促进作用,削弱高浓度(100 mg×L-1和300 mg×L-1)La(Ⅲ)对AKT1的基因转录和翻译的抑制作用;pH 3.0酸雨使低浓度(20 mg×L-1)La(Ⅲ)抑制AKT1基因的转录和翻译,增大高浓度(100 mg×L-1和300 mg×L-1)La(Ⅲ)对AKT1基因转录和翻译的抑制作用。相关分析表明,AKT1基因的转录和翻译与根系K含量存在明显的正相关,而酸雨胁迫下La(Ⅲ)在辣根根细胞积累与AKT1基因的转录及翻译存在明显负相关性;⑷酸雨胁迫下La(Ⅲ)改变辣根根细胞K~+通道功能的原因之二:改变细胞内环境。流式细胞术结果显示,酸雨胁迫下La(Ⅲ)处理时,酸雨促进辣根根细胞胞质pH降低,抑制K~+通道内流,激活K~+通道外流;pH 4.5酸雨促进低浓度(20 mg×L-1)La(Ⅲ)增加辣根根细胞胞质Ca~(2+)水平,抑制K~+通道内流,促进K~+通道蛋白合成;pH 3.0酸雨胁迫下,20 mg×L-1 La(Ⅲ)使辣根根细胞胞质Ca~(2+)水平下降,抑制K~+通道蛋白合成;酸雨胁迫下高浓度(100 mg×L-1和300 mg×L-1)La(Ⅲ)胞质Ca~(2+)水平下降幅度增大,加剧抑制K~+通道蛋白合成;酸雨胁迫下La(Ⅲ)处理时,酸雨促进辣根根系活性氧积累,抑制K~+通道内流,激活K~+通道外流。通过扫描电镜和原子力显微镜观察辣根根原生质体形态及其表面发现,酸雨胁迫下La(Ⅲ)处理时加剧细胞质膜过氧化,改变或破坏细胞质膜结构,影响K~+通道功能。⑸酸雨胁迫下La(Ⅲ)改变K~+通道功能影响了辣根生理功能。采用ICP-MS、2,3,5-氯化叁苯基四氮唑法以及其他常规检测技术,检测了辣根根系的矿质元素含量、根系活力,光合作用及生物量积累。实验结果显示,低浓度(20 mg×L-1)La(Ⅲ)促进辣根根系活力和矿质元素吸收,增强光合作用和生物量积累,高浓度(100 mg×L-1和300 mg×L-1)La(Ⅲ)则抑制上述生理活动。pH 4.5酸雨抑制低浓度(20 mg×L-1)La(Ⅲ)对辣根根系上述生理活动的促进作用;pH 3.0酸雨使低浓度(20 mg×L-1)La(Ⅲ)对辣根根系上述生理活动的作用转为抑制效应;酸雨(pH 4.5和pH 3.0)加剧高浓度(100 mg×L-1和300 mg×L-1)La(Ⅲ)对辣根根系生理活动的抑制作用,且随酸雨强度增加抑制作用增强。相关分析表明,根系活力、光合作用及生物量等相关指标与辣根根细胞La(Ⅲ)的积累呈显着负相关,而与K~+通道功能呈显着正相关。⑹恢复实验显示:由于酸雨胁迫下La(Ⅲ)处理组的辣根根细胞La(Ⅲ)的积累比较高,对辣根根系细胞结构及功能的影响也较强,导致恢复效果比较差。尤其是酸雨(pH 4.5和pH 3.0)胁迫下高浓度(100 mg×L-1,300 mg×L-1)La(Ⅲ)处理时,其作用效果多具有破坏性,恢复更困难。因此,酸雨胁迫对稀土生物学效应的影响值得关注。
夏彩芬[8]2013年在《轻稀土元素与水稻线粒体的相互作用及其机制》文中指出我国是世界上稀土资源最丰富的国家,随着稀土元素作为稀土微肥、饲料添加剂、植物生长调节剂等的广泛使用,它们将不可避免的通过吸收等方式进入生物体内,直到进入食物链,参与自然界生物链循环。因此,稀土摄入的安全性问题成为人们利用稀土时关注的焦点。同时,我国也是一个水稻种植大国,稀土元素作用于水稻后,会使其平均增产幅度达到8-20%以上,产生非常可观的社会和经济效益。目前,国内外研究学者已经从不同层次不同水平,研究了稀土植物生物学效应,但是由于植物系统本身的复杂性,因而稀土在植物细胞、细胞器层面上的许多作用机理还不完全清楚。尤其是稀土生物效应中广泛存在的Hormesis效应,其机理尚需进行深层次的探讨。线粒体是真核细胞中的产能细胞器,也是细胞进行物质能量代谢主要细胞器之一,同时还是毒物的靶细胞器。水稻细胞质雄性不育的主要原因,在于线粒体基因组频繁重排所形成的嵌合基因。为此,本论文采用生物微量热法、氧电极法、显微成像技术及光谱法等多种手段,系统研究了四种轻稀土元素(La、Ce、Pr、Nd)与水稻线粒体的相互作用,并从线粒体膜渗透性转换(MPT)的角度,对作用机制进行了初探,为稀土元素的安全应用和水稻的优质生产,提供了新层次的理论基础。本论文主要研究内容如下：第一章：对稀土元素植物生物学效应及机制、植物线粒体结构和功能,以及微量热法在生命科学领域的应用进展,做了比较全面的介绍,阐述了本论文的选题思路及创新点。第二章：采用微量热法,考察了不同浓度La(Ⅲ)对水稻线粒体的体外代谢的影响,结果表明La(Ⅲ)对水稻线粒体代谢过程表现出明显的Hormesis效应。考察La(Ⅲ)对水稻线粒体MPT的影响,发现较高浓度La(Ⅲ)能诱导线粒体MPT,低浓度则对MPT基本无影响。利用MPT保护试剂CsA和DTT,考察了高浓度La(Ⅲ)与水稻线粒体相互作用机制,发现La(Ⅲ)通过Ca2+相似的途径引起CsA敏感型线粒体MPT,也可以经由线粒体上巯基蛋白相互作用而诱导MPT。La(Ⅲ)经体内培养途径对水稻幼苗生长表现出Hormesis效应,同时对La(Ⅲ)在水稻线粒体上的定位研究结果,经La(Ⅲ)培养后,线粒体中La(Ⅲ)含量明显高于对照组,观察不同浓度La(Ⅲ)培养后的水稻根部线粒体的结构,发现低浓度下线粒体结构比对照组完整,而高浓度则对线粒体结构存在一定的损伤作用。第叁章：采用微量热的方法,系统地研究了轻稀土Ce(Ⅲ）对湘早籼水稻线粒体体外代谢的影响,获取了不同浓度Ce(Ⅲ)作用下水稻线粒体的体外代谢热谱。发现在低浓度Ce(Ⅲ)作用下(0～400μM),水稻线粒体的代谢过程受到促进；而高浓度情况下(600-1800gM),则受到抑制。采用呼吸耗氧方法,检测了Ce(III)对水稻线粒体State4呼吸耗氧的影响,发现在较低Ce(III)浓度作用下,呼吸耗氧速率随着Ce(Ⅲ)浓度的增加而升高；而在高浓度的作用下,耗氧速率则随着Ce(III)浓度的增加而降低,表明Ce(Ⅲ)对水稻线粒体呼吸和代谢都存在明显的"Hormesis"效应。另外,本论文中还深入探讨了Ce(Ⅲ)对水稻线粒体功能和结构的影响。采用光谱法和显微分析技术,系统地从微观上考察了Ce(Ⅲ)与湘早籼水稻线粒体的作用,发现高浓度Ce(Ⅲ)会引起线粒体膜渗透性转换(MPT),低浓度时对MPT基本没有影响。通过叁种MPT保护试剂,初步判断了高浓度Ce(Ⅲ)所引起的MPT类别,发现Ce(Ⅲ)可能通过与线粒体上的巯基蛋白相互作用而引发水稻线粒体MPT。第四章：采用TAM Ⅲ微量热仪,得到了不同浓度Pr(Ⅲ)作用下水稻线粒体的体外代谢热谱,发现Pr(Ⅲ)对水稻线粒体体外代谢过程存在低促高抑的"Homesis"效应。利用紫外可见和荧光光谱法,研究了Pr(Ⅲ)对水稻线粒体MPT的影响,发现较高浓度的Pr(Ⅲ)能诱导MPT,且MPT属于可调节性的,结合水稻线粒体Cyt c的释放情况,可推测较高浓度Pr(Ⅲ)可能经由MPT对线粒体功能有一定程度的破坏。考察了不同浓度Pr(Ⅲ)对线粒体内膜H+、K+渗透性的影响,及对线粒体膜脂质过氧化的影响,发现Pr(Ⅲ)对线粒体H+、K+渗透性和脂质过氧化均存在抑制作用,表明Pr(Ⅲ)对线粒体的氧化应激存在一定的保护作用,同时说明Pr(Ⅲ)经由MPT造成线粒体功能损伤可能与氧化应激无关。第五章：利用TAM Ⅲ等温微量热仪,获取了不同浓度Nd(III)作用下水稻线粒体的体外代谢热谱,发现在低浓度Nd(III)刺激水稻线粒体的代谢过程,而高浓度则抑制其代谢产热。同时,采用Clark氧电极法,获取了State4中不同浓度Nd(Ⅲ)对离体水稻线粒体呼吸耗氧速率的影响。结合微量热和氧电极法的研究结果,发现Nd(Ⅲ)对水稻线粒体代谢也存在低促高抑的" Hormesis "效应。利用紫外可见和荧光光谱法,研究了Nd(Ⅲ)对水稻线粒体MPT的影响,结合透射电镜显微分析和水稻线粒体Cyt c的释放情况,表明较高浓度Nd(Ⅲ)会引起水稻线粒体MPT,导致其结构和功能受损。同时,还考察了Nd(Ⅲ)对线粒体内膜H+、K+渗透性、线粒体膜脂质过氧化及线粒体活性氧释放水平的影响,发现Nd(Ⅲ)对线粒体的氧化应激存在一定的保护作用,表明Nd(Ⅲ)诱导的MPT可能与氧化应激无关,具体作用机制,仍有待进一步的研究。第六章：主要对论文整体工作进行简明扼要的总结,并就后续研究内容提出相关研究方向。
吕东岳[9]2006年在《镧对UV-B辐射胁迫下大豆幼苗叶绿素的影响》文中提出采用水培实验法研究了稀土La(Ⅲ)对大豆(Clycine max)幼苗叶绿素含量的剂量与时间效应,以及La(Ⅲ)对UV-B辐射胁迫下大豆幼苗:叶绿素(chl)含量;叶绿素生物合成与降解;叶绿素光氧化降解和叶绿体超微结构的影响。实验结果表明:1低剂量(10~30mg·L~(-1))La(Ⅲ)均能提高大豆幼苗叶绿素(chl)的含量,其中,20mg·L~(-1)LaCl_3溶液对叶绿素(chl)含量的提高作用最显着,且chla的上升幅度>chlb;高剂量(≥60mg·L~(-1))La(Ⅲ)降低大豆幼苗chl含量,且chla的降幅>chlb。据此,确定20mg·L~(-1)为本实验最佳浓度。2 La(Ⅲ)具有提高叶绿素生物合成中间产物:ALA(δ-氨基乙酰丙酸)、PBG(胆色素原)、Proto-IX(原卟啉IX)、Mg-Proto(镁原卟啉)含量的作用,促进Pchl(原叶绿素)转化为叶绿素,进而缓解UV-B辐射胁迫下中间产物PBG、Proto-IX、Mg-Proto含量的下降,增加ALA含量。La(Ⅲ)还可提高叶绿素酶(chlase)的活性,缓解UV-B辐射胁迫对chlase活性的抑制。UV-B辐射胁迫下,叶绿素生物合成受阻,受阻位点为ALA→PBG。3 La(Ⅲ)可清除植物体内的O2-和H2O2,提高抗坏血酸过氧化物酶(AsA-POD)的活性,从而减轻光氧化作用对chl的降解,进而缓解UV-B辐射造成的O2-和H2O2积累、光氧化作用加剧的效果。4 La(Ⅲ)处理下叶绿体中的类囊体片层排列整齐、有序、清晰;La(Ⅲ)可缓解UV-B辐射胁迫对基粒与基质片层的破坏,且对低强度UV-B辐射(T1)的缓解效果优于高强度(T2);La(Ⅲ)影响UV-B辐射胁迫下叶绿体在细胞环境内的空间分布,减轻UV-B辐射对叶绿体外膜的破坏,使得叶绿体内类囊体片层由UV-B辐射胁迫下的紊乱、膨胀甚至模糊不清变得有序清晰,表明La(Ⅲ)可缓解UV-B胁迫对叶绿体结构的破坏。5 La(Ⅲ)可缓解UV-B辐射对叶绿素代谢及叶绿体结构破坏的影响,且对低剂量UV-B的缓解作用要好于高剂量。
孙兆国[10]2014年在《镧和酸雨对大豆幼苗根系生长和氮素营养的复合影响研究》文中研究表明稀土元素在各领域的广泛使用，导致其在环境中不断累积，造成稀土污染；酸雨是全球重大环境问题之一。稀土污染与酸雨污染在分布空间上重迭，作用对象上趋同，影响时间上相交，导致了两者对植物的复合影响。事实上，稀土元素和酸雨使土壤成为两者在相同时空下的污染库，导致植物根系成为两者复合作用下的靶器官。植物根系是植物长期适应陆地条件而形成的重要器官，具有多种功能。根系生长很大程度上受环境因素的影响，是植物响应环境变化的重要观测目标之一，同时也与植物的生长和产量的形成有密切关系。因此，本文采用模拟环境复合污染的研究方法，以美国环境保护局推荐用于毒理学研究的重要粮食、经济兼用作物大豆(Glycine max)为研究对象，采用生理学、细胞生物学、分子生物学、物理化学和计算机模拟技术的优化组合，研究了镧和酸雨对大豆幼苗根系生长与氮素营养的复合影响。主要研究结果归纳如下：(1)镧和酸雨对大豆幼苗根系形态建成和生长存在明显复合效应。低浓度镧(0.08mmol L-1)处理对大豆幼苗根系形态建成和生长影响不明显，高浓度镧(0.40mmol L-1和1.20mmol L-1)处理明显抑制根系形态建成和生长。低强度酸雨(pH4.5)对大豆幼苗根系形态建成和生长影响不明显；酸雨强度(pH3.0)增加时，大豆幼苗根系形态建成和生长受到明显抑制。复合处理时，低浓度镧(0.08mmol L-1)和酸雨(尤其是pH3.0)复合处理抑制根系形态建成和生长，表明低浓度镧对大豆幼苗根系形态建成和生长存在潜在危害。高浓度镧与酸雨复合处理明显抑制大豆幼苗根系形态建成和生长，并比相应单一处理抑制效应明显。(2)镧和酸雨复合影响大豆幼苗根系形态建成和生长的原因之一：矿素营养紊乱。低浓度镧(0.08mmol L-1)和酸雨复合处理促进大豆幼苗根系对La和矿质元素的吸收和利用。高浓度镧(0.40mmol L-1和1.20mmol L-1)和酸雨复合处理时，大豆幼苗根系中La、K、Mg含量降低，Ca和微量元素含量增加。可见，镧和酸雨复合处理影响大豆幼苗根系中营养元素吸收和利用，导致大豆根系某些矿质元素缺乏，而某些矿质元素过量，影响根系的多种生理过程；并且过量吸收过程消耗了大量物质和能量，影响根系的形态建成和生长。(3)镧和酸雨复合影响大豆幼苗根系形态建成和生长的原因之二：氮素营养改变。低浓度镧(0.08mmol L-1)和低强度酸雨(pH4.5)复合处理促进大豆幼苗根系NO3同化作用和GS-GOGAT循环，提高GDH活性；且这种促进作用高于单一处理时的促进作用；除低浓度镧(0.08mmol L-1)和高强度酸雨(pH3.0)复合处理提高GDH活性外，其它复合处理抑制大豆幼苗根系NO3同化作用和NH4+同化作用，且这种抑制作用高于单一处理时的抑制作用。这些变化引起低浓度镧(0.08mmol L-1)和低强度酸雨(pH4.5)复合处理时，大豆幼苗根系氨基酸含量和可溶性蛋白含量增加；其它复合处理时，大豆幼苗根系中合成氨基酸含量和可溶性蛋白含量减少。通过相关性分析得出，镧和酸雨复合处理下根系形态建成和生长改变与根系氮素营养改变存在相关性，且与NR活性改变的相关性最大。(4)镧和酸雨复合影响大豆幼苗根系氮素营养的原因之一：NR转录水平的改变。低浓度镧(0.08mmol L-1)和低强度酸雨(pH4.5)复合处理时，与对照和单一镧处理相比，NR转录水平分别降低，而与单一酸雨处理相比变化不明显；其它复合处理时，NR转录水平明显降低。一方面，低浓度镧(0.08mmol L-1)和低强度酸雨(pH4.5)复合处理时，大豆幼苗根系细胞膜结构发生变形，细胞内营养元素的相对含量增加；在其它复合处理时，细胞膜结构破坏严重，胞内营养元素含量降低，La的含量明显升高。原生质体结构的破坏，影响细胞内NO3的含量，再加上胞内营养元素的改变，影响大豆幼苗根系NR转录水平。另一方面，在复合处理下，大豆幼苗根系胞内H+浓度增大，胞内pH降低。pH的降低影响与NR转录相关的酶或反应；同时造成逆质子梯度而抑制NO3吸收，影响NR转录。而发生细胞膜结构改变、胞内营养元素含量变化和胞内pH降低，是因为镧和酸雨复合处理时，引起大豆幼苗根系细胞内ROS过量积累，细胞膜膜脂过氧化，进而影响细胞膜对物质的运输及膜上蛋白的正常功能。(5)镧和酸雨复合影响大豆幼苗根系氮素营养的原因之二：H+和镧与NR蛋白分子的直接作用。计算机分子动力学模拟发现，NR蛋白FAD结构域和MoCo结构域表面分布着大量负电荷集中区，且随着pH值的降低，表面负电荷分布越来越多。说明镧离子进入细胞后可能与NR蛋白分子发生直接作用。体外模拟发现，在不同pH值(pH7.2；pH6.4和pH5.6)条件下，NR结构中的Tyr和Trp残基、Heme-Fe卟啉环暴露程度或结构发生变化，引起NR活性发生变化；在pH7.2模拟溶液中，NR蛋白分子在不同浓度镧存在时会发生构象的变化，表现为肽链构象、Tyr和Trp残基以及Heme-Fe卟啉环结构的变化；在pH6.4和pH5.6模拟溶液中，不同浓度镧对NR蛋白分子构象的影响与pH7.2模拟溶液中规律变化基本一致，只是峰强度变化更大，表明在酸性条件下镧对NR蛋白分子的影响更加明显。量化计算结果表明，H+与NR微结构配位后会影响NR微结构，主要表现为氢键的形成和部分原子键长和键角的变化；La(H2O)83+能与NR微结构中的O原子发生配位，同时La(H2O)83+中的H与NR微结构中的O原子形成强氢键，使La(H2O)83+与NR之间的配位更加稳定，导致多数原子键长和键角发生明显变化，甚至NR微结构中C链发生明显的位移；NR-H-La微结构中NR微结构发生了更加明显的变化。这些结构的变化影响了NR蛋白的生理功能。
参考文献：
[1]. 稀土元素镧在植物细胞中的定位及对细胞产生生理生化效应的机制研究[D]. 史萍. 兰州大学. 2001
[2]. 镧（III）、铽（III）对体内外辣根过氧化物酶活性与结构的影响研究[D]. 郭绍芬. 江南大学. 2008
[3]. 紫背浮萍对稀土元素镨（Pr）和镱（Yb）胁迫的应答机制研究[D]. 徐婷. 南京师范大学. 2016
[4]. 稀土La~(3+)对辣根细胞膜的影响[D]. 杨光梅. 江南大学. 2012
[5]. La和Ce在伊乐藻体内的积累及其毒理学效应研究[D]. 蔡叁娟. 南京师范大学. 2013
[6]. 稀土离子在辣根植物体中的迁移及分布[D]. 郭晓珊. 江南大学. 2007
[7]. 酸雨胁迫下镧在辣根根细胞积累及其对钾离子通道的影响[D]. 张轩波. 江南大学. 2016
[8]. 轻稀土元素与水稻线粒体的相互作用及其机制[D]. 夏彩芬. 武汉大学. 2013
[9]. 镧对UV-B辐射胁迫下大豆幼苗叶绿素的影响[D]. 吕东岳. 江南大学. 2006
[10]. 镧和酸雨对大豆幼苗根系生长和氮素营养的复合影响研究[D]. 孙兆国. 江南大学. 2014
标签：生物学论文; 稀土金属论文; 稀土论文; 辣根过氧化物酶论文; 科学论文; 细胞膜论文; 辣根论文; 伊乐藻论文; 酸雨论文; 科普论文;