PDF《第35 卷第 8 期》

丁平等, 2012). 细胞壁是植物细胞的外层结构,存在于细胞膜 外,细胞壁除了具有界定细胞形状和保护原生质体 的作用外,对植物响应外界环境的胁迫也起到了非 环境科学学报35 卷 常重要的作用(Hückelhoven,2007),同时还可对外 界污染物尤其是重金属的进入发挥一定的屏障作 用.重金属被植物根系吸收后会先透过细胞壁并进 入胞内,最终以共质体途径借助木质部导管而向地 上部转输(Lux et al., 2011).研究发现,对于非超积 累或非耐性植物,为了避免重金属的毒害作用,进 入植物地上部(茎、叶)组织细胞的重金属也多累积 于细胞壁,如水生植物 ( 水蓼) 其根、 茎叶细胞中 58% ~68%的重金属 Hg 被固定于细胞壁中(钱建平 等, 2012). 植物细胞壁的构成物质包括木质素、纤维素、 半纤维素、蛋白质、果胶质等,并含有多种有机官能 团(羟基、醛基、巯基、氨基、羧基等),通过这些自由 基团的作用可以改变重金属元素在植物体内的存 在形态及迁移行为(段德超等, 2014).因此,在植物 对重金属产生耐性、甚至是解毒作用的过程中,根 细胞壁起到了较为重要的固定作用( Chen et al., 2013;

DalCorso et al., 2010).而通过这种固定作用, 可避免游离重金属对胞内敏感细胞器的毒害作用. 如研究发现,成株期的蒌蒿其根系吸收的 Cd 有59%被细胞壁所固定,占据了最大份额( 董萌等, 2013).这种固定作用包括细胞壁上磷酸盐的沉淀作 用(Zhao et al., 2015)、多糖基团的结合作用( Zhu et al., 2013),从作用机理上涉及氧化还原、静电交 感、离子交换等(蔡佳亮等, 2008). 果胶酶改性可借助果胶酶的作用部分去除植 物细胞壁上的果胶成分,从而可以判定细胞壁上果 胶质在吸附重金属过程中所发挥的作用.氨基甲基 化改性的原理在于植物细胞壁经与甲酸(HCOOH)、甲醛 ( HCHO) 作用后, 细胞壁组分上 的―NH2 可转化为―N(CH3 )2 ,从而考察其在吸附 重金属过程中所发挥的作用.醋化改性是在强酸作 用下利用甲醇( CH3 OH) 将细胞壁上的―COOH 转 化为―COOCH3 ,从而考察其在吸附重金属过程中 所发挥的作用.研究发现,通过不同改性处理,植物 细胞壁对重金属的吸附量存在一定程度的减少,因 而能够有效鉴别细胞壁不同组分、基团在重金属吸 附过程中所发挥的作用( 王梦等,2015;

刘婷婷等, 2014;

徐碌,2014;

武贝,2009) 傅立叶变换红外光谱(FTIR) 是一种基于化合 物中官能团和极性键振动的结构分析技术,因而被 认为是快速测定细胞组分变化的有效检测手段之 一(Baker et al.,2014).近年来,已有应用 FTIR 技术 开展植物重金属耐性机制的研究(顾艳红等, 2009;

于明革等, 2010;

薛生国等, 2011). 芹菜(Apium graveolens L.) 属伞形科二年生草 本植物,在我国具有较广泛的种植,属于深受喜爱 的大众蔬菜.研究表明,芹菜对重金属 Cd 具有较强 的富集能力(段敏等, 1999),而且根部对 Cd 的富集 能力显著大于地上部(廖琴等, 2011).目前,有关植 物根细胞壁对重金属的吸附固定机制研究报道较 少.因此,本文通过系统研究芹菜根细胞壁对 Cd 的 吸附特性,同时利用傅立叶红外光谱技术表征芹菜 根细胞壁上 Cd 吸附位点的官能团信息,以期探究 芹菜根细胞壁在 Cd 吸收中的作用机制,也为研究 Cd 对植物的毒害作用及植物对 Cd 的适应性、耐性 和解毒机制提供重要信息和新的研究方法.