甲基砷對擬南芥毒性機制的初步探究.pdf

1、美國環(huán)境保護署(USEPA)將無機砷及其化合物列為Ⅰ級致癌物。砷污染已經(jīng)發(fā)展成為影響全球千萬人健康的世界性問題。砷的用途廣泛，主要應用于醫(yī)學，工業(yè)和農(nóng)業(yè)等方面。例如，在農(nóng)業(yè)上，砷作為基礎的除草劑，如二甲基砷酸鈉(DSMA)可以用于抑制雜草生長和病蟲害防治，然而砷在土壤中的大量累積不僅會污染土壤，同時會對生態(tài)環(huán)境帶來嚴重的負面影響。本課題圍繞三種形態(tài)砷—五價砷(As(Ⅴ))、單甲基砷(MMA(Ⅴ))、二甲基砷(DMA(Ⅴ))對模式植物擬南

2、芥的毒性效應差異的比較，初步探究甲基砷包括MMA(Ⅴ)、DMA(Ⅴ)對擬南芥的毒性機制。
　　首先，采用擬南芥突變體—cad1-3（PC合成缺失突變體），cad2-1（GSH合成缺失突變體）和abcc1-2（PCs-金屬（類金屬））復合物液泡轉(zhuǎn)運體缺失突變體）與Col-0（野生型columbia）在培養(yǎng)基條件下進行砷處理試驗，發(fā)現(xiàn)三種形態(tài)砷在低濃度處理時均可刺激擬南芥野生型的生長，高濃度時，三種砷均可使四種擬南芥材料致死;與Col

3、-0相比，cad1-3，cad2-1和abcc1-2在As(Ⅴ)、MMA(Ⅴ)處理下均表現(xiàn)出對砷的高度敏感性而在DMA(Ⅴ)處理下并未表現(xiàn)出砷敏感性。此外，利用GSH合成專一抑制劑丁硫氨酸亞磺酰亞胺(BSO)與三種砷在培養(yǎng)及條件下共同處理Col-0發(fā)現(xiàn)，BSO可增加Col-0在As(Ⅴ)、MMA(Ⅴ)處理下的敏感性，未增加Col-0在DMA(Ⅴ)處理下的敏感性。
　　其次，本試驗在培養(yǎng)基條件下利用三種形態(tài)砷處理擬南芥，對植株抗氧化

4、生理指標進行測定。植株的非蛋白巰基(NPT)含量測定結果顯示MMA(Ⅴ)、As(Ⅴ)處理下NPT顯著增加且持續(xù)上升;DMA(Ⅴ)處理時下組織NPT含量無顯著增加。這些結果表明DMA(Ⅴ)對擬南芥的毒害機制與As(Ⅴ)、MMA(Ⅴ)對擬南芥毒害機制明顯不同。植株的過氧化氫和丙二醛測定結果顯示組織內(nèi)過氧化氫、丙二醛含量隨處理濃度升高而升高;DMA(Ⅴ)處理下地上部、根部的過氧化氫、丙二醛含量均為最多。表明三種砷處理下擬南芥地上部、根部均產(chǎn)生

5、活性氧代謝，細胞膜發(fā)生破壞，DMA(Ⅴ)處理下細胞產(chǎn)生活性氧最多，細胞膜破壞程度最高。擬南芥組織內(nèi)砷含量和丙二醛、過氧化氫含量相關性分析結果表明，DMA(Ⅴ)處理對擬南芥地上部、根部破壞性最強。
　　然后，本試驗初步探究了不同培養(yǎng)條件下三種形態(tài)砷處理擬南芥的植株砷含量分布狀況。在水培條件下DMA(Ⅴ)處理擬南芥試驗測定了擬南芥不同部位的砷含量，結果發(fā)現(xiàn)地上部總砷含量約為根部10倍，表明DMA(Ⅴ)處理下砷更易積累在擬南芥地上部。在

6、土培條件下利用三種砷處理擬南芥，試驗結果顯示:植株地上部、種子生物量在不同濃度As(Ⅴ)處理下均無顯著性差異;隨MMA(Ⅴ)、DMA(Ⅴ)處理濃度升高擬南芥地上部生物量和種子量相比對照均顯著減少，DMA(Ⅴ)處理下減少更多，表明As(Ⅴ)在一定濃度范圍內(nèi)對擬南芥生長影響不大，而甲基砷尤其DMA(Ⅴ)能顯著抑制擬南芥的營養(yǎng)生長和生殖生長。土培試驗砷含量測定結果顯示，DMA(Ⅴ)處理下地上部砷含量最高，As(Ⅴ)處理下地上部砷含量與MMA(

7、Ⅴ)處理下地上部砷含量無顯著差異;DMA(Ⅴ)處理下種子砷含量與MMA(Ⅴ)處理下種子砷含量無顯著差異，As(Ⅴ)處理下種子砷含量最低;砷從地上部轉(zhuǎn)運至種子中的效率在MMA(Ⅴ)處理時最高，As(Ⅴ)處理時最低。在培養(yǎng)基條件下利用三種形態(tài)砷處理Col-0，鮮重結果顯示隨處理濃度增加，各自處理下的植株地上部、根部鮮重均顯著降低，表明擬南芥生長受到抑制。其中DMA(Ⅴ)處理下擬南芥的鮮重減少最快。表明DMA(Ⅴ)對擬南芥生長抑制作用是三種砷