论文部分内容阅读
近20年来，全国湖泊富营养化以及重金属污染形势发展严峻，人们治理水环境主要有化学手段、物理手段、生物手段。目前而言，生物手段是最环保，也最能从根本上解决问题的方法之一。然而，在水生植被恢复水体环境工程中使用的种苗几乎完全是从自然水体中打捞的，不仅会破坏植物来源地的水生植被群落，也耗费了大量的人力物力财力。为了满足水环境修复对水生植物的迫切需求，急需寻找新的种苗来源。通过植物组织培养的方式实现水生植物的快速繁殖是一种经济有效且可行的方式。在无菌条件下，研究沉水植物与环境因子之间的相互作用，可以排除共生微生物的影响，为水生植物修复水体环境提供更多的理论依据。本文以几种沉水植物包括伊乐藻（Elodea nuttallii）、奥古狐尾藻（Myriophyllumoguraense Miki）、粉绿狐尾藻（Myriophyllum aquaticum）为研究对象，通过组织培养技术培养出伊乐藻、奥古狐尾藻、粉绿狐尾藻的组培苗，对组织培养过程中生长素和细胞分裂素的选择等方面进行了比较研究，建立了几种沉水植物的组织培养技术体系;再以常见的重金属离子(Cu2+)为胁迫因子，将轮叶黑藻(Hydrillaverticillata(Linn.f.)Royle）无菌苗置于Cu2+浓度分别为0 mg/L、0.5 mg/L、1 mg/L、5 mg/L、10 mg/L的1/2MS(Murashige&Skoog medium)培养基中，处理3天。研究重金属对沉水植物轮叶黑藻无菌苗的光合作用系统、活性氧代谢及ATP酶活性等生理生化机制的影响。研究内容及结果如下: (1)沉水植物伊乐藻组织培养: 选择生长健壮的带腋芽茎段作为外植体。使用70％乙醇15s+0.1％氯化汞2min，条件下处理外植体，组培时染菌率小，成活率高。芽诱导培养基为:MS固体培养基+3％蔗糖（质量体积比）+0.7％琼脂+0.5 mg/L激动素(KT)+0.1 mg/L萘乙酸(NAA);最适增殖培养基:1/2MS（大量元素NWNO3、KNO3、CaCl2·2H2O、MgSO4·7H2O、KH2PO4减半）液体培养基+1.5％蔗糖+0.50 mg/L KT+0.10 mg/LNAA;最适根诱导培养基:1/2MS液体培养基+1.5％蔗糖+0.10 mg/L NAA，固液培养基pH均调至5.8-6.0。伊乐藻属于典型的沉水植物，增殖与生根培养在液体培养基培养所得的植株健壮，增殖倍数可达8倍，生根率达到100％。培养条件为平均光照70μE/(m2·s)，光照周期为12 h/d，室内温度（25±2）℃。 (2)沉水植物粉绿狐尾藻、奥古狐尾藻组织培养: 粉绿狐尾藻、奥古狐尾藻属于双子叶植物，相对于单子叶植物易于诱导愈伤组织和幼芽，选择生长健壮的茎段均可诱导愈伤组织和实现芽的分化。使用70％乙醇15s+0.1％氯化汞2min，处理外植体，染菌率小，成活率高。愈伤组织以及芽诱导培养基为:MS固体培养基+3％蔗糖+0.6％琼脂+0.5 mg/L6-氨基嘌呤(6-BA)+0.25 mg/L NAA;诱导培养基可继续用于增殖培养;也可更换为1/2MS液体培养基+1.5％蔗糖+0.5 mg/L6BA+0.25 mg/L NAA作为增殖培养基;新形成的幼苗可在原培养基上生根，也可更换培养基为1/2MS液体培养基+1.5％蔗糖+0.10-0.50 mg/L NAA，固液培养基pH均调至5.8-6.5。狐尾藻在固体培养基上进行增殖与生根培养有利于组培苗的传代和保存，粉绿狐尾藻和奥古狐尾藻的增殖系数分别为8倍和6倍，而在液体培养基培养所得的植株健壮，增殖倍数更可高达十二倍，在固体和液体培养基中，生根系数均达到100％。培养条件为平均光照50μE/(m2·s)，光照周期为12h/d，室内温度（22±2）℃。 (3)在不同Cu2+浓度(0 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、5.0 mg/L、10.0 mg/L)的胁迫下，研究了轮叶黑藻无菌苗可溶性蛋白含量、光合色素含量、抗氧化酶系统以及ATP酶活性含量变化，研究显示:①随着Cu2+浓度的增加，可溶性蛋白含量下降，②各种光合色素的含量均呈现下降的趋势，叶绿素a下降趋势最明显，而叶绿素b和类胡萝卜素的含量下降趋势很小;③随着Cu2+浓度升高，超氧化物歧化酶SOD、POD的活性呈上升趋势，Cu2+浓度呈极显著正相关;④过氧化氢酶CAT的活性随Cu2+浓度升高均表现为先升后降趋势，CAT活性与Cu2+处理浓度呈极显著负相关。⑤Na+K+-ATP酶（Na+K+-ATPase）、Ca2+Mg2+酶（Ca2+Mg2+-ATPase）活性随着Cu2+浓度的增大呈现逐渐下降的趋势，且下降趋势与可溶性蛋白下降趋势基本一致。两种ATP酶活性都在浓度为1.0 mg/L Cu2+处理组有所回升，然后呈现骤降趋势。这可能是由于轮叶黑藻在接触重金属胁迫时的应激反应。结果表明，轮叶黑藻无菌苗在Cu2+胁迫下，光合系统、活性氧代谢及其它的正常的生理过程遭到破坏，功能素乱。Cu2+破坏了轮叶黑藻无菌苗进行正常生长代谢所必需的生理基础，打乱了代谢平衡，最终导致无菌苗衰老死亡。1.0 mg/L的Cu2+浓度是本实验轮叶黑藻的耐受临界点，超过这个界限，轮叶黑藻的各项生理机能都遭致严重破坏，代谢紊乱。