蠶豆對(duì)銫的吸收蓄積及亞細(xì)胞分布研究

付倩，楊壘滟，賴金龍，陶宗婭,*，吳國(guó)，羅學(xué)剛

1. 四川師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，成都 610101 2. 西南科技大學(xué) 生物質(zhì)材料教育部工程研究中心，綿陽(yáng) 621010

蠶豆對(duì)銫的吸收蓄積及亞細(xì)胞分布研究

付倩1，楊壘滟1，賴金龍1，陶宗婭1,*，吳國(guó)1，羅學(xué)剛2

1. 四川師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，成都 610101 2. 西南科技大學(xué) 生物質(zhì)材料教育部工程研究中心，綿陽(yáng) 621010

采用改良水培法培養(yǎng)蠶豆幼苗至2片真葉，置于含銫(ρ(Cs+) 8.24(CK)～200 mg·L-1)的營(yíng)養(yǎng)液中處理7 d、14 d、21 d后取樣。采用差速離心法分離亞細(xì)胞組分，采用原子吸收分光光度法測(cè)定根、莖、葉及各亞細(xì)胞組分的Cs+含量，分析蠶豆幼苗對(duì)Cs+的吸收蓄積及亞細(xì)胞分布特點(diǎn)，研究蠶豆對(duì)Cs+的富集轉(zhuǎn)運(yùn)特征及耐受機(jī)理。結(jié)果顯示：蠶豆3種器官對(duì)Cs+的蓄積量為根>葉>莖，根對(duì)Cs+的蓄積量占總量的65.13%～83.17%，最高(ρ(Cs+) 200 mg·L-1時(shí))達(dá)到518.40 mg·kg-1FW (7 d)、1 949.74 mg·kg-1FW (14 d)和3 614.03 mg·kg-1FW (21 d)；蠶豆根、莖、葉中Cs+的亞細(xì)胞分布主要集中在細(xì)胞壁和可溶性組分中，Cs+相對(duì)含量分別達(dá)到75.84%～99.06% (根)、79.06%～100% (莖)、82.95%～100% (葉)；細(xì)胞核、前質(zhì)體、葉綠體和線粒體等細(xì)胞器僅含少量的Cs+(<25%)。結(jié)果表明，蠶豆根、莖、葉細(xì)胞主要通過(guò)阻滯作用，將Cs+結(jié)合固定在細(xì)胞壁，并將進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的一部分Cs+轉(zhuǎn)運(yùn)到液泡內(nèi)，暫時(shí)或“永久性”存貯，有效降低了細(xì)胞器、胞質(zhì)溶膠(cytosol)及內(nèi)含物中的Cs+含量，極大地減緩了Cs+對(duì)細(xì)胞器的功能性損傷，這是短期內(nèi)蠶豆未表現(xiàn)出明顯中毒癥狀的原因，也是蠶豆耐受Cs+脅迫的重要機(jī)理之一。

銫；蠶豆；蓄積；亞細(xì)胞分布；耐受性

隨著核工業(yè)的發(fā)展、核設(shè)施的運(yùn)行及突發(fā)性核事故，大量核廢棄物進(jìn)入土壤和水體，其中銫(cesium, Cs)的放射性同位素134Cs和137Cs為鈾的核裂變廢棄物，裂變量大、易擴(kuò)散、半衰期長(zhǎng)[1]，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重污染。植物生長(zhǎng)過(guò)程中可通過(guò)根系吸收并向地上部分轉(zhuǎn)移，將134Cs和137Cs從土壤轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，進(jìn)一步通過(guò)食物鏈轉(zhuǎn)移到人體內(nèi)，形成內(nèi)輻射，對(duì)人類健康構(gòu)成威脅[2]。

已有研究表明，Cs+的環(huán)境生物學(xué)效應(yīng)具有雙重性，少量的Cs+可維持植物(如杜鵑花)細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)平衡，過(guò)量的Cs+進(jìn)入細(xì)胞后可取代鉀(K+)，導(dǎo)致代謝過(guò)程中需要K+起作用的關(guān)鍵組分失去活性，嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)代謝[3-4]。張曉雪等[5]的研究結(jié)果顯示，用ρ(Cs+) 10 mmol·L-1的水溶液培養(yǎng)蠶豆苗7 d，蠶豆苗對(duì)133Cs的富集量達(dá)到了14 340 mg·kg-1DW，根部Cs+蓄積量占總量的60.25%，表明蠶豆苗對(duì)Cs+的富集能力和耐受性強(qiáng)，但轉(zhuǎn)移能力較弱。因此，推測(cè)蠶豆對(duì)Cs+具有獨(dú)特的富集特性和解毒機(jī)理。目前認(rèn)為，植物進(jìn)行重金屬解毒的主要方式之一是細(xì)胞的區(qū)域化作用，即通過(guò)細(xì)胞壁的阻滯作用和液泡內(nèi)暫時(shí)或“永久性”的存貯，將重金屬(如Cd2+)累積在細(xì)胞壁和液泡中，形成沉淀，從而阻滯重金屬在敏感的細(xì)胞代謝位點(diǎn)蓄積[6-7]，但關(guān)于Cs+在植物體內(nèi)的亞細(xì)胞分布及耐受機(jī)理鮮有報(bào)道。

已有研究表明，向日葵[8]、紫狼尾草[9]和莧菜[10]等植物的葉是Cs+的主要蓄積器官，蓄積量大，轉(zhuǎn)移能力強(qiáng)，具有超富集植物的3個(gè)特征[11]：植物地上部重金屬含量是同一條件下普通植物的100倍；轉(zhuǎn)移系數(shù)(translocation factor)大于1；生物富集系數(shù)(bioaccumulation factor)大于1，轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)越大，越有利于植物的提取修復(fù)。蠶豆為豆科野豌豆屬一年生或越年生草本，是糧食、蔬菜、飼料和綠肥兼用作物。蠶豆根部對(duì)Cs+的蓄積量大，轉(zhuǎn)移系數(shù)低[5]，暫未列入超富集植物名錄[12]，但可作為研究植物對(duì)Cs+污染的響應(yīng)及其解毒機(jī)理的模式材料。依據(jù)植物、微生物等對(duì)放射性核素134Cs、137Cs的吸收和富集與其穩(wěn)定同位素133Cs無(wú)顯著性差異的文獻(xiàn)報(bào)道[13-14]，本文以穩(wěn)定同位素133Cs為外源處理因素，模擬放射性核素134Cs和137Cs對(duì)土壤的污染，采用差速離心法和原子吸收分光光度法，研究蠶豆幼苗對(duì)Cs+的富集轉(zhuǎn)運(yùn)特征及亞細(xì)胞分布，為闡明蠶豆對(duì)Cs+的富集特征和解毒機(jī)理提供實(shí)驗(yàn)支持。

1　材料與方法 (Materials and methods)

1.1試材及處理

蠶豆(Vicia faba L.)品種“成胡一號(hào)”，購(gòu)自成都種子市場(chǎng)。種子經(jīng)消毒、浸種、萌發(fā)至胚根1 cm左右[15]。采用改良水培法培養(yǎng)蠶豆幼苗至兩片真葉，具體方法是：將萌發(fā)的蠶豆種子移栽至打孔的紙杯中，每杯6株，紙杯置于一次性塑料杯上，加入適量1/6改良霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液，使根尖接觸到營(yíng)養(yǎng)液，每2 天更換1次處理液(培養(yǎng)條件：25 ℃，光/暗比為12 h/12 h)。挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗進(jìn)行處理，每組重復(fù)3次。

目前我國(guó)土壤中Cs+的背景值為8.24 mg·kg-1[16]，土壤Cs+污染水平約為50 mg·kg-1[17]。據(jù)此，本研究外源Cs+的溶液濃度(ρ(Cs+))設(shè)計(jì)為25 mg·L-1、50 mg·L-1、100 mg·L-1和200 mg·L-1，以ρ(Cs+) 8.24 mg·L-1為對(duì)照(CK)，均采用1/6改良霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液配制處理液。用上述Cs+處理液在相同條件下培養(yǎng)已長(zhǎng)出2片真葉的幼苗7 d、14 d和21 d后，取出幼苗，其根系依次用自來(lái)水沖洗、20 mmol·L-1Na2-EDTA浸泡清洗20 min(可有效除去根系表面的可交換Cs+)和去離子水沖洗，再將幼苗分為根、莖和葉3部分，液氮冷凍后，-80 ℃保存，備用。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

亞細(xì)胞組分的分離采用差速離心法，略作改進(jìn)[18-19]。稱取冷凍保存的樣品1.000 g，加入10 mL STM提取液(0.25 mol·L-1蔗糖，50 mmol·L-1Tris-HCl緩沖液(pH 7.5)和1 mmol·L-1巰基乙醇)，冰浴上研磨成勻漿后，4 ℃下采用不同轉(zhuǎn)速依次離心：①研磨勻漿置300 r·min-1離心30 s，沉淀為細(xì)胞壁組分(F1)；②將①的上清液置2 000 r·min-1離心15 min，沉淀為細(xì)胞核與葉綠體組分(F2)；③將②的上清液置10 000 r·min-1下離心20 min，沉淀為線粒體組分(F3)，上清液為含核糖體、液泡的細(xì)胞液(cellsap)、胞質(zhì)溶膠(cytosol)及內(nèi)含物的可溶性組分(F4)。

采用濕法消解法(V(HNO3):V(HClO4)=3:1)，將組分F1、F2、F3及植物根、莖、葉進(jìn)行消解至澄清，消解液用去離子水定容至50 mL；組分F4中加入等量消解液后(為避免消解液造成檢測(cè)結(jié)果的偏離)，直接定容至50 mL。以STM提取液進(jìn)行空白校零，用火焰原子吸收分光光度計(jì)(北京普析，TAS-990型)測(cè)定Cs+含量。實(shí)驗(yàn)用試劑均為分析純，購(gòu)自成都市科龍化工有限公司。

1.3數(shù)據(jù)分析與處理

轉(zhuǎn)移系數(shù)(translocation factor, TF)和生物富集系數(shù)(bioaccumulation factor, BCF)計(jì)算公式分別為：TF=C地上/C地下，BCF=C總/C0，其中C地上、C地下和C總分別表示蠶豆幼苗地上部分、地下部分和全株的Cs+含量(mg·kg-1FW)，C0表示ρ(Cs+) 8.24～200 mg·L-1處理液原始濃度(mg·L-1)。

采用SPSS 18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，LSD多重比較，Origin 9.0作圖。

2　結(jié)果 (Results)

2.1蠶豆根、莖和葉對(duì)Cs+的富集特征

用ρ(Cs+) 8.24～200 mg·L-1溶液培養(yǎng)蠶豆幼苗一段時(shí)間(7 d, 14 d, 21 d)后，Cs+吸附在根系表面，用螯合劑(Na2-EDTA)浸泡清洗和蒸餾水淋洗，可除去根系表面的可交換Cs+，排出其在分步提取時(shí)對(duì)各器官Cs+定量分析的干擾。結(jié)果顯示，蠶豆根、莖、葉對(duì)Cs+的富集量隨處理時(shí)間延長(zhǎng)而增加，其生物富集系數(shù)(BCF)最高達(dá)到CK的30.99倍，蠶豆生物富集系數(shù)(Y1)與處理時(shí)間(T)、處理濃度(C)之間存在極顯著的線性關(guān)系(R2為0.933，P<0.01)，對(duì)Cs+的轉(zhuǎn)移系數(shù)(Y2)僅為0.20～0.54，各參數(shù)間相關(guān)性分析不顯著(R2為0.085，P>0.05) (表1)。隨ρ(Cs+)增加，各器官對(duì)Cs+的蓄積量均顯著增加(P<0.05)，且根>葉>莖(圖1～3)，根中Cs+含量最高達(dá)到518.40 mg·kg-1FW(7 d)、1 949.74 mg·kg-1FW(14 d)和3 614.03 mg·kg-1FW(21 d) (圖1)；相關(guān)性分析結(jié)果顯示(表2)，蠶豆根、莖、葉內(nèi)Cs+的蓄積量(Y3)與ρ(Cs+)濃度(C)和處理時(shí)間(T)也呈現(xiàn)良好的正相關(guān)性(R2分別為0.784、0.697和0.769，P<0.01)。結(jié)果表明，蠶豆對(duì)Cs+具有較強(qiáng)的富集能力，根部是吸收和蓄積Cs+的主要營(yíng)養(yǎng)器官，并將吸收的絕大部分Cs+(65.13%～83.17%)滯留在根部，向地上部分的轉(zhuǎn)運(yùn)量相對(duì)較低，這可有效緩解Cs+對(duì)地上部分營(yíng)養(yǎng)器官生長(zhǎng)代謝的影響甚至損傷，這是蠶豆在短期內(nèi)生長(zhǎng)良好的主要原因，也是蠶豆對(duì)Cs+脅迫的一種重要的解毒機(jī)理。

表1　蠶豆幼苗對(duì)Cs+的生物富集系數(shù)及轉(zhuǎn)移系數(shù)

注：Y1表示生物富集系數(shù)；Y2表示轉(zhuǎn)移系數(shù)；T表示處理時(shí)間；C表示Cs+濃度。

Notes:Y1, Y2, T and C indicate BCF, TF, treatment time and Cs+concentration, respectively.

圖1　蠶豆根中Cs+的蓄積量注：同一圖例不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。Fig. 1　Accumulation of Cs+ in roots of Vicia fabaNote: Different letters in the same legend indicate a significant difference at the 5% level (P<0.05), the same below.

圖2　蠶豆莖中Cs+的蓄積量Fig. 2　Accumulation of Cs+ in steams of Vicia faba

圖3　蠶豆葉中Cs+的蓄積量Fig. 3　Accumulation of Cs+ in leaves of Vicia faba

表2　蠶豆?fàn)I養(yǎng)器官Cs+蓄積量(Y3)與不同

2.2蠶豆根、莖、葉中Cs+的亞細(xì)胞分布

2.2.1根中Cs+的亞細(xì)胞分布

表3可見(jiàn)，蠶豆根不同亞細(xì)胞組分的Cs+含量隨ρ(Cs+)遞增而顯著增加(P<0.05)，且細(xì)胞壁>可溶性組分細(xì)胞核/前質(zhì)體>線粒體。當(dāng)ρ(Cs+) 200 mg·L-1時(shí)，不同處理時(shí)間的細(xì)胞壁Cs+含量分別達(dá)到577.44 mg·kg-1FW (7 d)、669.78 mg·kg-1FW (14 d)和1 133.79 mg·kg-1FW (21 d)，其富集量分別是CK的22.53倍、17.14倍和15.05倍。各亞細(xì)胞組分的Cs+含量占總量的比例(即相對(duì)含量)呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)(圖4)，細(xì)胞壁和可溶組分中Cs+的相對(duì)含量為75.84% ～ 99.06%，細(xì)胞器(細(xì)胞核/前質(zhì)體和線粒體)中的Cs+僅為0.94%～24.16%。結(jié)果表明，根中Cs+的亞細(xì)胞分布主要集中在細(xì)胞壁和可溶組分，細(xì)胞核/前質(zhì)體和線粒體對(duì)Cs+的富集量較低，這種亞細(xì)胞區(qū)域化分布可極大地降低Cs+對(duì)根細(xì)胞器和功能性復(fù)合物的損傷。

圖4　蠶豆根亞細(xì)胞組分中Cs+的相對(duì)含量注：F1為細(xì)胞壁；F2為細(xì)胞核/前質(zhì)體；F3為線粒體；F4為可溶性組分。Fig. 4　Relative contents of Cs+ in subcellular fractions of Vicia faba rootsNotes: F1～ F4 indicate the cell wall, nucleus and proplastid, mitochondrion, ribosome and soluble fraction, respectively.

表3　蠶豆根中Cs+的亞細(xì)胞分布

注：同一列中不同小寫(xiě)字母表示均值多重比較的差異顯著性(P<0.05)；“*”表示低于檢出下限，下同。

Note: Different letters in the same column indicate a significant difference at the 5% level. “*” indicate below detection limits of Cs+contents. The same below.

2.2.2莖中Cs+的亞細(xì)胞分布

表4可見(jiàn)，蠶豆莖中Cs+的亞細(xì)胞分布與根略有不同，為可溶性組分>細(xì)胞壁>細(xì)胞核/葉綠體>線粒體。當(dāng)ρ(Cs+)達(dá)到200 mg·L-1時(shí)，處理7～21 d時(shí)可溶性組分Cs+含量分別為55.38 mg·kg-1FW、110.33 mg·kg-1FW和222.15 mg·kg-1FW (表4)，Cs+的相對(duì)含量41.20%～63.71% (圖5)，明顯高出根部的可溶性組分(11.08%～47.16%，圖4)；細(xì)胞器(細(xì)胞核/葉綠體和線粒體)對(duì)Cs+的富集量隨處理時(shí)間延長(zhǎng)而遞增，Cs+的相對(duì)含量最高為20.94%(圖5)。結(jié)果表明，莖中Cs+主要集中在細(xì)胞可溶性組分(F4)。

2.2.3葉中Cs+的亞細(xì)胞分布

表5可見(jiàn)，Cs+在蠶豆葉中的亞細(xì)胞分布與根中類似，各組分的Cs+含量隨ρ(Cs+)遞增而顯著增加(P<0.05)，主要分布在細(xì)胞壁，其相對(duì)含量為34.65%～70.05%，其次是可溶組分為29.95% ～ 57.39%，細(xì)胞器(細(xì)胞核/葉綠體和線粒體)Cs+的相對(duì)含量最高僅為17.05%(圖6)。結(jié)果表明，蠶豆葉中大部分Cs+滯留在細(xì)胞壁上，細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和細(xì)胞器中Cs+的富集量較低。

圖5　蠶豆莖亞細(xì)胞組分中Cs+的相對(duì)含量注：F1為細(xì)胞壁；F2為細(xì)胞核/葉綠體；F3為線粒體；F4為可溶性組分。Fig. 5　Relative contents of Cs+ in subcellular fractions of Vicia faba stemsNotes: F1～ F4 indicate the cell wall, nucleus and chloroplast, mitochondrion, ribosome and soluble fraction, respectively.

表4　蠶豆莖中Cs+的亞細(xì)胞分布

表5　蠶豆葉中Cs+的亞細(xì)胞分布

圖6　蠶豆葉亞細(xì)胞組分中Cs+的相對(duì)含量注：F1為細(xì)胞壁；F2為細(xì)胞核/葉綠體；F3為線粒體；F4為可溶性組分。Fig. 6　Relative contents of Cs+ in subcellular fractions of Vicia faba leavesNotes: F1～ F4 indicate the cell wall, nucleus and chloroplast, mitochondrion, ribosome and soluble fraction, respectively.

3　討論 (Discussion)

植物對(duì)重金屬解毒的細(xì)胞學(xué)機(jī)制主要為4個(gè)方面：根細(xì)胞壁對(duì)重金屬的滯留作用及外排作用；液泡區(qū)域化作用，即把重金屬離子或其復(fù)合物轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡內(nèi)存貯，緩解重金屬對(duì)細(xì)胞器和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)功能性復(fù)合物的損傷；螯合作用，即依賴于細(xì)胞中金屬螯合蛋白(植物絡(luò)合素、金屬硫蛋白)、還原型谷胱甘肽(GSH)、有機(jī)酸、半胱氨酸及低分子量巰基化合物等與重金屬螯合，降低細(xì)胞內(nèi)游離態(tài)重金屬濃度；抗氧化系統(tǒng)清除活性氧[20]。其中，在組織水平上的根部滯留作用可有效阻止根細(xì)胞對(duì)金屬離子的吸收和上行轉(zhuǎn)移，避免了對(duì)葉肉細(xì)胞的損傷；在細(xì)胞水平上金屬離子的區(qū)域化作用及細(xì)胞膜對(duì)離子的輸出是降低細(xì)胞內(nèi)金屬離子水平的重要方式，在植物重金屬耐性中具有重要意義[21]。

已有研究表明，鎘(Cd2+)[22-23]、鉛(Pb2+)[24]和鋅(Zn2+)[19]等金屬的亞細(xì)胞分布特征多為“細(xì)胞壁>可溶組分>細(xì)胞器”。本文結(jié)果顯示，Cs+主要分布在根、莖、葉的細(xì)胞壁(圖4～6，F(xiàn)1)，表明蠶豆細(xì)胞壁是Cs+的主要富集位點(diǎn)。構(gòu)成植物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)組分具有多樣性，大多含有多糖、蛋白質(zhì)、羥基、羧基、氨基和醛基等基團(tuán)[25-26]，可與Cs+以配位鍵的方式結(jié)合，有效阻止Cs+進(jìn)入細(xì)胞，體現(xiàn)出細(xì)胞壁作為細(xì)胞與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換時(shí)的第一道屏障的防衛(wèi)作用。當(dāng)細(xì)胞壁結(jié)合位點(diǎn)達(dá)飽和后，Cs+可經(jīng)過(guò)低親和性的離子通道(被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn))或高親和性的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn))進(jìn)入細(xì)胞[27]。成熟植物細(xì)胞中中央液泡可占據(jù)細(xì)胞體積的90%以上，經(jīng)高速離心后，可溶性組分(F4)中主要為液泡的細(xì)胞液(cellsap)成分。已有研究表明，細(xì)胞液中存在多種蛋白質(zhì)、有機(jī)酸和有機(jī)堿[6]，其負(fù)電荷基團(tuán)可與Cs+以化學(xué)鍵的方式結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的Cs+主要被限制在液泡內(nèi)(圖4～6，F(xiàn)4)，有效降低了細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和細(xì)胞器中的Cs+含量。本文結(jié)果顯示，細(xì)胞核/前質(zhì)體或細(xì)胞核/葉綠體(F2)及線粒體(F3)等組分僅富集少量的Cs+(圖4～6，F(xiàn)2和F3)，極大地降低了Cs+對(duì)細(xì)胞器結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生損傷的風(fēng)險(xiǎn)，這是短期內(nèi)(7d～21d)蠶豆未表現(xiàn)出明顯中毒癥狀的原因，也是蠶豆耐受Cs+脅迫(ρ(Cs+)≤200 mg·L-1)的重要機(jī)理之一。

綜上所述，蠶豆根、莖、葉細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞壁的阻滯作用，將31.89%～87.98%的Cs+結(jié)合固定在細(xì)胞壁，并將進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的一部分Cs+轉(zhuǎn)運(yùn)到液泡內(nèi)(11.08%～58.29%)，暫時(shí)或“永久性”存貯，有效降低了胞質(zhì)溶膠(cytosol)及內(nèi)含物中Cs+的水平，極大地減緩了Cs+對(duì)細(xì)胞器的功能性損傷，這是蠶豆對(duì)Cs+具有較強(qiáng)耐受性的主要原因之一。蠶豆根部對(duì)Cs+的蓄積量占總量的65.13%～83.17%，地上部分Cs+含量?jī)H占總量的16.83%～34.87%，表明蠶豆對(duì)Cs+具有較強(qiáng)的富集能力，但轉(zhuǎn)移能力相對(duì)較弱(TF<1.0)，與印度芥菜等超富集植物具有超強(qiáng)的轉(zhuǎn)移能力(TF>1.0)有所不同[21]，推測(cè)蠶豆細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)中與Cs+轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白不足或缺乏，這一差異性的分子機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

通訊作者簡(jiǎn)介：陶宗婭(1957-)，女，博士，教授，研究方向?yàn)橹参锬婢成锘瘜W(xué)與分子生物學(xué)。

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Tissue Accumulation and Subcellular Distribution of Cesium inViciaFaba

Fu Qian1, Yang Leiyan1, Lai Jinlong1, Tao Zongya1,*, Wu Guo1, Luo Xuegang2

1. Life Science College, Sichuan Normal University, Chengdu 610101, China 2. Engineering Research Center of Biomass Materials (SWUST), Ministry of Education, Mianyang 621010, China

7 April 2015accepted 21 May 2015

This study examined the characteristics of Cs+accumulation and transportation, and the tolerance mechanism adopted by Vicia faba L. under Cs+stress. Seedlings at the two leaf stage were subjected to varing doses of Cs+(ρ(Cs+) 8.24(control)～200 mg·L-1) for 7, 14 and 21 days to investigate the effects on uptake, organ accumulation, and subcellular distribution of Cs+by differential centrifugation and atomic absorption spectroscopy. The accumulation of Cs+in plant organs displayed the following sequence: root>leaf>stem, 65.13%～83.17% of the Cs+was in the root. The highest accumulation levels of Cs+in the root were as much as 518.40 mg·kg-1FW (7 d), 1 949.74 mg·kg-1FW (14 d), and 3 614.03 mg·kg-1FW (21 d) when ρ(Cs+) was 200 mg·L-1. Subcellular distribution showed that 75.84%～99.06% of the Cs+was in the roots, 79.06%～100% in the stems, and 82.95%～100% in the leaves, and was localized in the cell walls and soluble fractions. Cs+accumulation was less in organelles (including the nucleus, chloroplast/proplastid and mitochondrion); this content was less than 25%. Most of the Cs+was adsorbed onto the cell wall by the way of retardation, the portion of Cs+in the cytosol was transported into vacuoles for provisional or permanent storage. Thus, the Cs+content in organelles was effectively reduced, while the damage risk from Cs+to organelles was greatly retarded. Thus, the cell walls and vacuoles may contribute jointly to the Cs+accumulation and tolerance in Vicia faba.

cesium; Vicia faba; accumulation; subcellular distribution; tolerance

國(guó)家核設(shè)施退役及放射性廢物治理科研重點(diǎn)項(xiàng)目(14ZG6101); 四川省教育廳理工科重點(diǎn)課題(14ZA0030); 四川省生物質(zhì)改性材料工程技術(shù)研究中心(西南科技大學(xué))開(kāi)放課題(12zxbk03); 四川省教育廳大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201410636040); 四川師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)項(xiàng)目(SYJS2014-07)

付倩(1991-), 女, 四川綿陽(yáng), 碩士研究生, 研究方向?yàn)橹参锷鷳B(tài)毒理學(xué), E-mail: 821330377@qq.com；

Corresponding author)， E-mail: t89807596@163.com

10.7524/AJE.1673-5897.20150407011

2015-04-07 錄用日期：2015-05-21

1673-5897(2015)6-297-08

X171.5

A

付倩, 楊壘滟, 賴金龍, 等. 蠶豆對(duì)銫的吸收蓄積及亞細(xì)胞分布研究[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2015, 10(6): 297-304

Fu Q, Yang L Y, Lai J L, et al. Tissue accumulation and subcellular distribution of cesium in Vicia faba [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2015, 10(6): 297-304 (in Chinese)