重金属研究

31届

学校：天津市第十四中学

项目作者：薛剑刘心远刘佳缘指导教师：郝元元黄辉高虎

探究针对重金属污染的抵消方案

摘要：环境污染对人类的危害已成为全球关注的焦点问题之一，而重金属污染则由于其危害严重、作用时间长更是引起了人们的关注。本文以铬污染为例，探讨了茶多酚在抵消受重金属胁迫的玉米幼苗生长所产生的影响方面存在的潜在价值。采用水培方法，从玉米种子萌发长至二叶期受铬离子胁迫（0、10-5、10-4mM （单位？？？）重铬酸钾）。再将三个浓度下生长的二叶期的幼苗用水冲去培养液（即也去掉重金属作用），每个浓度的幼苗重新分为两组。对照组用清水继续培养，实验组用0.05%茶多酚水溶液继续培养。25天后测定各项指标。在一定浓度下，茶多酚会通过升高SOD(超氧化物歧化酶简称SOD)是一种能够催化超氧化物通过歧化反应转化为氧气和过氧化氢的酶,可以清除过量的自由基。它广泛存在于各类动物、植物、微生物中，是一种重要的抗氧化剂)和POD(过氧化物酶广泛存在于植物体中,是活性较高的一种酶.它与呼吸作用,光合作用及生长素的氧化等都有关系.在植物生长发育过程中它的活性不断发生变化.一般老化组织中活性较高过氧化物酶能催化过氧化氢氧化酚类,)活性来抵御铬胁迫，而铬浓度超过一定阈值茶多酚则失去该功能，因此在10-5M铬胁迫的根部和10-4M铬胁迫的茎叶，SOD和POD活性出现升高情况。铬胁迫时以及茶多酚修复时玉米的POD、SOD同工酶表达均发生明显的变化。利用伊文思蓝(evans blue)作为细胞活性染料, 检测了胁迫处理后以及茶多酚修复后的细胞活性。结果显示, 不同浓度铬的胁迫均造成了根和叶片细胞一定程度的伤害。而显微成像也充分表明茶多酚修复作用的有效性。

关键词：玉米，重金属铬胁迫，茶多酚，POD、SOD，APX，CAT ，同工酶，伊文思蓝，细胞活性。

随着工农业生产的发展，三废的排放，矿产的开发和利用、污水灌溉以及农药、除草剂和化肥的使用等严重地污染了土壤、水质和大气，导致环境恶化。各种工业(如冶炼、电镀、采矿等)废水和固体废弃物的渗出液直接排入水体，致使水体中重金属含量越来越高。铬被称为重金属“五毒”之一，过量铬可以直接或通过食物链危害人类健康，造成严重的致癌、致畸作用［1］。铬通过运输必需元素(Fe、S、P)的载体以主动运输形式被根部吸收并储存于细胞液泡中，限制了其进一步迁移［2］。当环境中重金属数量超过某一临界值时就会对植物产生一定的

毒害作用。重金属穿过植物细胞膜时，会胁迫植物产生过多自由基而导致氧化胁迫。引起蛋白质和核酸等生物大分子变性以及膜脂过氧化，从而对植物产生伤害。植物体内的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶 (CAT)是植物适应多种逆境胁迫的重要酶类，在清除自由基的过程中发挥着重要的作用，保护细胞免受伤害［3］。茶多酚可以通过诱导细胞内这些酶的活性而维持抗氧化系统的较高活性或含量，从而有效减少活性氧对叶绿素分子的过氧化损伤，促进蛋白质合成或抑制其分解，缓解了铬对植物的污染胁迫，提高了对铬的耐受性，从而

植物，生长迅速，生物量大，对多增强植物适应重金属逆境的能力。玉米属C

4

种环境因子的胁迫均表现出较强的抗性，是广泛用于重金属污染研究的重要农作物［4］。本实验以玉米为实验材料，以铬污染为例，探讨了茶多酚在抵消受重金属胁迫的玉米幼苗生长所产生的影响方面存在的潜在价值。

1.材料与方法

1.1 植物培养及处理：

用9寸白瓷盘铺上三层纱布将玉米均匀的播撒在其上，每盘100粒。用含0、10-5、10-4m M 重铬酸钾、1/2 Hoagland营养液浇灌，每天浇灌一次，使其保持湿润的状态。同时也保持重铬酸钾浓度恒定。处理6天后将出芽的种子移盆水培，15天后测定各项指标。此时玉米幼苗已长至二叶期。再将三个浓度下生长的二叶期的幼苗用水冲去培养液（即也去掉重金属作用），每个浓度的幼苗重新分为两组（每组设多个平行）。对照组用清水继续培养，实验组用0.05%茶多酚水溶液继续培养。25天后测定各项指标。

1.2形态指标测定

测定前从盆中取出玉米幼苗，用蒸馏水清洗，表面残留的水分用滤纸吸干，测定总的鲜重。从根茎结合部将其分开，再分别测定其鲜重。每个处理随机选取十株幼苗平展，用直尺测量其根长以及茎、叶长。

1.3生理生化指标测定

将已称好的样本剪碎，放入研钵中，根据鲜重加入一定体积的100 mM 磷酸缓冲液（PBS），pH=8.0，研磨成浆。实验中10-5、10-4m M 重铬酸钾处理的茎叶用10 ml PBS提取，其它样本用5 ml PBS提取。倒入离心管中，3500 r/min，

离心15 min

可溶性蛋白含量的测定采用考玛斯亮蓝染色法。超氧化物歧化酶（SOD）酶

活的测定采用氮蓝四唑（NBT）光化还原法。过氧化物酶（POD）酶活的测定采用愈创木酚法。过氧化氢酶（CAT）酶活和抗坏血酸过氧化酶（APX）的测定采用紫外比色法［5-6］。

同工酶广泛存在于生物界中，是功能相同但结构不同的一组酶。由于其结构中氨基酸序列或组成有差异，所以同工酶的电泳迁移率存在差异。同工酶的电泳图谱可以从分子水平上反应出细胞所表现的明显的种属组织和发育阶段的特异性，既是生理指标，又是可靠的遗传标志[7]。

1.4细胞活性的测定

采用伊文思蓝染色法。其原理在于伊文思蓝能够与蛋白结合形成伊文思蓝蛋白复合物。正常细胞膜不能透过伊文思蓝, 当细胞受到损伤后, 伊文思蓝进入细胞并与蛋白结合, 使其染成蓝色［8-9］。

1.5统计分析方法及作图

采用SPSS version 18.0 统计软件进行统计分析，作图使用MicrosoftExcle、PowerPoint。

2.结果与分析

2.1 生长状况

如图1所示，不同铬浓度处理时，鲜重、根长、苗长均低于对照，再经0.05%的茶多酚处理后，鲜重、根长、苗长均高于对照。说明在一定铬浓度范围内胁迫的玉米幼苗再经0.05%的茶多酚处理后鲜重及生长指标有明显改善。茶多酚有拮抗重金属胁迫的作用。根据SPSS分析表明，与对照组相比茶多酚对被铬胁迫的根的作用（只在0和10-5铬浓度胁迫下）有显著差异(p<0.05)。茶多酚对有无铬胁迫的苗的作用均有显著差异(p<0.05)。