菹草吸收-釋放Ca2+動(dòng)力學(xué)及其機(jī)制研究.pdf

1、鈣是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中重要的營(yíng)養(yǎng)元素,水生植物對(duì)鈣的吸收、釋放是水體中鈣鹽發(fā)生遷移的重要途徑之一,會(huì)引起鈣在系統(tǒng)中的重新分配,水和植物是鈣在湖泊生態(tài)系統(tǒng)中表現(xiàn)其地球化學(xué)特征的重要介質(zhì)。同時(shí),在水體碳酸鈣形成過(guò)程中,碳酸鈣與磷酸鹽發(fā)生共沉淀,鈣的遷移對(duì)水體磷循環(huán)有著重要作用。
　　 本文為了了解沉水植物菹草(Potamogeton crispus)生長(zhǎng)對(duì)鈣參與水體磷循環(huán)的影響,在二隔室裝置中進(jìn)行菹草對(duì)Ca2+的吸收、釋放動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn),比

2、較不同供鈣水平下菹草鈣吸收與釋放動(dòng)力學(xué)參數(shù),了解鈣濃度對(duì)菹草根及葉片中鈣含量的影響,低溫處理對(duì)菹草吸收轉(zhuǎn)運(yùn)鈣的影響,分析菹草體內(nèi)鈣的遷移規(guī)律。同時(shí),通過(guò)研究菹草根和葉細(xì)胞質(zhì)膜Ca2+-ATPase的性質(zhì),以及不同鈣濃度條件下的菹草根和葉細(xì)胞質(zhì)膜Ca2+-ATPase活性,探究菹草鈣吸收、釋放機(jī)制。主要結(jié)論如下:
　　 (1)通過(guò)研究鈣在菹草-溶液間的遷移及其速率發(fā)現(xiàn),根室Ca2+濃度為10 mg/L時(shí),菹草對(duì)鈣的吸收效果最好；濃

3、度過(guò)高菹草根系鈣吸收速率反而下降。雖然根室Ca2+濃度為10 mg/L處理的菹草根系對(duì)Ca2+的吸收明顯小于15mg/L的處理,但根室Ca2+濃度為15 mg/L處理的菹草莖葉分泌的鈣量反而小于根室Ca2+濃度為10 mg/L處理的情況。
　　 (2)采用Lineweaver-Burke雙倒數(shù)法(簡(jiǎn)稱LB法)研究菹草對(duì)Ca2+的吸收動(dòng)力學(xué)特性,擬合曲線求出吸收動(dòng)力學(xué)參數(shù),結(jié)果表明:隨吸收時(shí)間的延長(zhǎng),Vmax整體呈下降趨勢(shì),對(duì)應(yīng)的

4、Km也不斷減小。將Vmax/Km定義為α,α值可反映菹草根系鈣吸收能力,在鈣吸收開(kāi)始時(shí),α值最大,Ca2+流入根系的速度最快,隨著吸收時(shí)間的延長(zhǎng),α值逐漸減小,菹草根系吸收Ca2+的能力越來(lái)越弱。
　　 (3)菹草莖葉的鈣釋放過(guò)程可用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型ln(q0-q)/q0=A-kt來(lái)描述,檢驗(yàn)達(dá)到極顯著水平,在10 mg/L Ca2+濃度的供鈣水平以下,k值隨著外源鈣濃度的升高而升高,供鈣水平為10 mg/L Ca2+時(shí)菹草莖葉泌

5、鈣能力最強(qiáng)。
　　 (4)根室Ca2+濃度及培養(yǎng)時(shí)間除了影響菹草根系鈣吸收速率和莖葉鈣釋放速率外,還影響根及葉片中的鈣含量。試驗(yàn)過(guò)程中,中等Ca2+濃度(10 mg/L)處理的菹草根中鈣含量始終比其它3種低鈣或高鈣處理(0 mg/L、5 mg/L、15 mg/L)的大,根系Ca2+吸收速率也最高；無(wú)鈣處理的菹草其地上部鈣出現(xiàn)向下運(yùn)送現(xiàn)象。
　　 (5)采用水培試驗(yàn),研究了菹草對(duì)鈣的吸收是否為主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程。試驗(yàn)結(jié)果表明:在

6、培養(yǎng)液Ca2+濃度低于10mg/L的范圍內(nèi),鈣吸收速率隨培養(yǎng)液Ca2+濃度的增加而增加,而當(dāng)培養(yǎng)液Ca2+濃度升高到15mg/L時(shí),鈣吸收速率反而下降,說(shuō)明菹草根系對(duì)鈣的吸收并不完全取決于外界溶液的鈣濃度。采用LB法作圖并求解吸收動(dòng)力學(xué)參數(shù),r值均達(dá)極顯著水平,從而可以得出菹草對(duì)Ca2+的吸收基本符合Michaelis-Menten動(dòng)力學(xué)模型。低溫處理嚴(yán)重抑制了菹草根系對(duì)鈣的吸收,這些結(jié)果表明,在0～15mg/LCa2+濃度范圍內(nèi),菹草

7、對(duì)鈣的吸收是一個(gè)主動(dòng)耗能過(guò)程。
　　 (6)比較了菹草根和葉細(xì)胞質(zhì)膜Ca2+-ATPase的性質(zhì),結(jié)果表明:根細(xì)胞質(zhì)膜Ca2+-ATPase的活性在pH6.0時(shí)最高,最適反應(yīng)溫度為40℃；葉細(xì)胞質(zhì)膜Ca2+-ATPase在一個(gè)較寬的pH范圍內(nèi)具有高活性,最適反應(yīng)溫度為45℃。對(duì)根細(xì)胞質(zhì)膜Ca2+-ATPase而言,3mmol/L ATP可使酶活性達(dá)到最大；而對(duì)于葉細(xì)胞質(zhì)膜Ca2+-ATPase,4 mmol/LATP才能使酶活性