1、課題設計利用超顯微技術研究鐵鎘處理對水稻葉片細胞結構的影響姓名：學號：專業：年級：指導教師：戰秀梅成績：2014年12月、選題依據（課題研究的目的、意義，國內外研究現狀分析，附主要參考文獻）研究的目的在于在營養液和土壤培養條件下，利用根部供應的方式，為水稻提供不同濃度的鐵研 究不同鐵鎘處理下，水稻葉肉細胞超顯微結構的變化，尤其是葉綠體結構的變化狀況，明確鐵鎘各自 對顯微結構的影響以及兩者交互作用下顯微結構的響應。著重關注高鐵供應條件下，植物體內鐵對鎘 誘導的亞細胞超顯微結構破壞和光合作用失調的緩減作用，明確鐵提高水稻抵抗鎘毒害的主要生理機 制。為下一步從分子生物學角度尋求鐵鎘交互作用的關鍵基因

2、，利用育種手段獲得高鐵低鎘的水稻品 種奠定理論基礎，為農業生產中利用施肥（如鐵肥）增加水稻籽粒中鐵含量同時減少鎘的累積提供科 學依據。研究的意義及國內外現狀分析隨著人類生產活動，包括采礦，冶煉，污灌和磷肥的施用等工農業 活動，以及人類長期忽視，導致環境鎘污染越來越嚴重。鎘是毒性最大的重金屬之一，在人體中的鎘 都是在出生后由環境攝取而累積于體內的。長期食用受鎘污染的地區所生長的大 M 會引起慢性中毒， 從而損害人體健康。 20 世紀 60 年代在日本富山縣發現的“痛痛病”就是震驚世界的金屬鎘污染的典 型事例。鎘的危害主要是對動物骨骼中鈣的置換，造成骨脫鈣，使得骨質變形及軟化。盡管Cd 不是植物的

3、必需營養元素，對植物沒有任何生理功能，但Cd可以通過必需營養元素 Ca2+、Fe2+、Mn2+和Zn2+的吸收系統而被植物吸收。在植物體內Cd結合在必需營養元素的結合位點上，干擾必需營養元素功能的發揮。Cd毒害可以使植物根系和葉片亞細胞結構發生變化，Cd處理植物葉綠體的基粒變形，類囊體膜擴大，質體小球和淀粉粒數量和體積增加；線粒體增加，線粒體膜變形；液泡和核仁數量和體積增加； 細胞質濃縮質壁分離；液泡中和細胞壁上產生了 Cd 的電子密集和晶體化現象。 Cd 脅迫還可以誘導光 合作用、呼吸作用以及水分代謝紊亂。鐵是對植物生長發育具有重要生理功能的必需營養元素之一，也是研究最早最多的微量元素。鐵在

4、植物體內主要參與光合作用、呼吸作用、氮代謝、激素的生物合成、ROS的產生和消除等過程。細胞中80%的Fe位于葉綠體上，Fe在葉綠素的合成過程中發揮著特殊的作用，在光合電子鏈中Fe以血紅素鐵卟啉復合體為輔基的細胞色素和含硫的鐵氧還蛋白參與光合電子的傳遞，Fe 還以鐵氧還蛋白在光合電子鏈末端將電子傳遞給分子氧（O2）,形成了超氧自由基（O2-），同時 Fe又參與和調節清除自由基的酶系統，如FeSOD CAT POD等的形成和活化，以此保持細胞內自由基產生和消除的動態平衡。Fe在維持葉綠體中類囊體膜的結構和功能的完整性非常重要。由此可見，鐵鎘兩種元素對植物生理過程具有相反的作用，而且產生相互作用的主

5、要場所在于它Fe、Cd們共同參與的生理生化過程中。因此兩者在參與植物的生理過程中勢必存在復雜的相互作用互作的相關研究主要集中在以下 3 個方面 : 第一， Cd 的存在能夠誘發植物出現缺 Fe 癥狀，導致缺 Fe 的原因，不僅在于 Cd 通過競爭作用抑制了植物對 Fe 的吸收，而且還阻止了 Fe 從根系向地上部運 輸。 第二，缺 Fe 可以促進植物對 Cd 的吸收。 第三，外源供應多余的 Fe( 中等過量 ) 能夠減少植物對 Cd 的吸收，緩解 Cd 對植物的毒害本工程選擇水稻作為供試植物，因為水稻對鎘的毒害非常敏感，而且是一種吸收鐵營養較高的植 物，研究不同鐵鎘處理下，水稻葉肉細胞超顯微結構

6、的變化，尤其是葉綠體結構的變化狀況，明確鐵 鎘各自對顯微結構的影響以及兩者交互作用下顯微結構的響應。參考文獻1 孫明茂，洪夏鐵，李圭星，曹桂蘭，于元杰，韓龍植， 2006 ，水稻籽粒微量元素含量的遺傳研究進展 . 中國農業科學， 39： 1947-1955.2 胡樹林，徐慶國 ,黃啟為 . 2001 ， 香 M 品質與微量元素含量特征關系的研究 J. 作物科學， 4:12-153 張玉燭 ,王凱榮 , 劉見平 ,等 2006, 稻 M 質量安全控制技術研究與示范 J. 作物研究 , 4: 287-296.4 肖美秀 ,林文雄 ,陳祥旭 ,等 2006, 鎘在水稻體內的分配規律與水稻耐鎘性的關系

7、 J. 中國農學通報 , 22(2): 379-381.5 Chen RF, Shen RF, Gu P, Dong XY, Du CW, Ma JF. 2006. Response of Rice (Oryza sativa ) with root surface iron plaque under aluminium stress. Ann Bot 98: 389 -395.6 Clemens S. 2006. Toxic metal accumulation, responses to exposure and mechanisms of tolerance in plants. Bio

8、chimie 88: 1707-1719.7 DalCorso G, Farinati S, Maistri S, Furini A. 2008. How plants cope with cadmium: staking all on metabolism and gene expression. J Integr Plant Biol 10: 1266-1280.8 Daud MK, Sun YQ, Dawood M, Hayat Y , Variath MT, Wu YX, Raziuddin, Mishkat U, Salahuddin, Najeeb U,Zhu SJ. 2009a.

9、 Cadmium-induced functional and ultrastructural alterations in roots of two transgenic cotton cultivars. J Hazar Mater 161:463-473.二、研究目標和研究內容1、研究目標（1）明確鐵鎘各自對亞細胞超顯微結構的影響以及兩者交互作用下顯微結構的響應。（2）明確鐵鎘互作對水稻主要生理過程的影響2、研究內容利用能量過濾透射電子顯微技術（ EFTEM觀測Fe、Cd處理的根尖細胞和葉肉細胞中葉綠體的基 粒，線粒體，類囊體，質體小球，淀粉粒，液泡和核仁的數量和體積；細胞的膜系統的變化

10、；質壁分 離狀況；液泡中和細胞壁上 Cd的電子密集和晶體化現象。通過對鐵鎘處理的水稻葉綠素含量，光合速率，氣孔導度，蒸騰速率，胞間CO2 濃度，以及呼吸速率的測定，從宏觀上明確鐵鎘互作對水稻主要生理過程的影響。三、針對研究內容擬采取的研究方法、技術路線、實驗方案及可行性分析1、實驗方案 水稻品種選用沈陽農業大學選育成第一代直立大穗型超級稻“沈農 265”。 利用營養液供應和根外施肥的方式，為水稻提供正常和過量鐵營養，之后將水稻移入含有一定 Cd 濃度（0, 10mg/L）的營養液中。生長一段時間后，測定植株的光合作用，呼吸作用及水分代謝參數。 同時取水稻根系和地上部，用于觀測組織的亞細胞結構。

11、為了模擬田間實際情況,采用土壤培養的方式,在土壤中同時添加鐵（0, 1 g/kg ）和 Cd（ 0,2mg/kg），在水稻生長的不同生育期，測定植株的光合作用，呼吸作用及水分代謝參數。同時取水稻 葉片,用于觀測組織的亞細胞結構。2、測定工程與方法本工程選擇水稻作為供試植物,因為水稻對鎘的毒害非常敏感,而且是一種吸收鐵營養較高的植物,研究不同鐵鎘處理下,水稻葉肉細胞超顯微結構的變化,尤其是葉綠體結構的變化狀況,明確鐵 鎘各自對顯微結構的影響以及兩者交互作用下顯微結構的響應。利用營養液供應和根外施肥的方式,為水稻提供正常和過量鐵營養,之后將水稻移入含有一定Cd濃度（0，10mg/L）的營養液中。生長一段時間后，測定植株的光合作用，呼吸作用及水分代謝參數。 同時取水稻根系和地上部,用于觀測組織的亞細胞結構。為了模擬田間實際情況，采用土壤培養的方式，在土壤中同時添加鐵（0， 1 g/kg ）和 Cd（ 0，2mg/kg） ，在水稻生長的不同生育期，測定植株的光合作用，呼吸作用及水分代謝參數。同時取水稻 葉片，用于觀測組織的亞細胞結構。利用能量過濾透射電子顯微技術（ EFTEM，通過觀察水稻葉片超顯微結構的變化，闡釋鐵鎘兩種 元素各自和交互作用對水稻生理過程的影響。3、技術路線利用能量過濾透射電子顯微技術（ EFTEM，通過觀察水稻葉片超顯微結構的變化，闡釋鐵鎘兩種 元素各