重金属对玉米阳离子吸收的影响科研基金申请书1.docx
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重金属对玉米阳离子吸收的影响科研基金申请书1.docx
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重金属对玉米阳离子吸收的影响科研基金申请书1
贵州师范大学
学生科研基金申请书
编号:
课题名称:
重金属离子对玉米根系非选择性阳离子通道钾转移的影响
申请负责人:
何力
年级:
2010级
所在院:
生命科学学院
导师:
王玉倩
课题组成员:
吕方琼忻秀玲
申请日期:
2012年5月21日
贵州师范大学制
简表
名称
重金属离子对玉米根系非选择性阳离子通道钾转移的影响
申课题请人所在院(部)
生命科学学院
起止日期
2012.5.21—2013.5.21
立题依据(包括国内外研究现状、社会和经济效益、人力、物力条件)
立题依据:
1国内外研究现状
钾离子是植物所需的大量营养元素之一。
重金属指密度在4.0以上的60种元素或密度在5.0以上的45种元素。
随着矿产资源的大量开发,农药、化肥的广泛使用以及城市污泥、污水的农用,重金属对土壤、水体的污染越来越严重[1-2]。
重金属污染已成为环境生物学关注的焦点。
重金属离子进入植物体内主要是通过位于细胞质膜上的转运系统进行。
转运系统主要包括各类离子汞、共运转移体和离子通道。
离子通道是细胞膜上的特殊蛋白质大分子,在脂质双层膜上构成具有高度选择性的亲水孔道,从而允许适当大小和适当电荷的离子通过。
按照离子通道对所转移离子的专一性程度,又可将其分为选择性离子通道和非选择性离子通道。
选择性离子通道是生物在进化过程中的产物,其特点是只允许某一种离子通过。
非选择性阳离子通道在不同阳离子之间有着相当低的选择性,除了吸收钾、钠、钙等营养元素之外,还有可能成为重金属离子进入植物体内的通道。
已有研究证明,重金属确实会影响植物的钾离子吸收,IvashikinaandSokolov[2006]利用从拟南芥根分离出的原生质体对重金属阳离子是否影响内向钾离子通道的活性和电流及电压等情况进行的探讨,发现重金属阳离子可以阻止向内钾电流的20%至70%,其阻止能力是铜离子大于锌离子大于锶离子大于镉离子。
由此推测以上这些重金属离子至少部分地通过钾或钙通道进行吸收的。
由于重金属的吸收也是一种正常的生理吸收,同样符合Michaelis-Mentenfang方程【张学洪等,2011】。
当重金属阳离子与其他阳离子通过同一通道进入细胞时,它们之间就会产生竞争,如钾离子、钙离子、钠离子、镁离子均可影响镉的吸收,其中钙离子的作用最大,有人猜测是因为它与镉离子有相似的离子半径(分别为Å和97Å),对镉的吸附位点形成竞争【Hardimanetal.1984】。
但是关于重金属离子是如何影响通过NSCCs的钾吸收,以及这种影响与重金属浓度之间的关系如何尚不明确,本课题的研究目的就是重金属离子对玉米根系非选择性阳离子通道钾转移的影响。
参考文献:
白玲玉,陈世宝,韦东普。
腐植酸与Cd、Zn的络合特性研究.核农学报.2000,14
(1):
44~48.
戴松香,陈少亮.植物根细胞离子通达研究进展。
北京林业大学学报,2005,27(3):
98-103.
张艳玲,周汉平。
烟草重金属研究概论。
烟草科技。
2004,12:
20-23;
张学洪,刘杰,朱义年.重金属污染土壤的植物修复技术研究,2011,科学出版社,北京。
DreyerI,HoreauC,LemailletG,ZimmermannS,BushDR,Rodriguez-NavarroA,SchanchtmanEP,SentenceH,andGaberRF.Identificationandcharacterizationofplanttransportersusingheterologousepressionsystems.jouralofExperimentalBotany,1999,50:
1073-1087
HardimanRT,JacobyB.AbsorptionandtranslocantionofCdinbushbeans[J].PhysiolPlant,1984,61:
470-474.
Ivashikina,GA;Sokolov,OA.Blockingofpotassiumchannelsinrootcellsbyheavymetalsandstrontium.Agrokhimiya,2006,12:
47-53
AmtannA,SanderD,MechanissofNacCluptakebyplantcells.Adv.Bot.Res.1999,29:
75-112.
2社会和经济效益
植物大量吸收重金属会直接影响植物的生长状况如出芽率,严重致死。
如果农作物重金属含量超标,人或动物食用该农作物后,会影响机体的健康状况;此外,重金属通过非选择性离子通道会影响植物对钾离子的吸收,而钾离子是植物所需的大量营养元素之一,因而,重金属离子间接影响了植物的正常生长。
通过本课题的研究有望培育出能够富集重金属的植物,经过种植这种植物可以改善重金属富集区的土壤质量,从而净化环境。
同时,也可能培育出具有重金属抗性的植物,因此,在重金属富集的区域这种植物也可以正常生长,从而达到了改善环境的目的。
研究意义:
以上讨论显示,要减少重金属对烟草品质的影响主要涉及三个过程:
一是土壤中可被植物直接吸收的各种形态的重金属向艮表迁移的速率与总量,二是重金属跨细胞膜转移至跟内部的难易程度,三是植物根部重金属向地上部的转移。
三个过程中,申请者认为最关键的是第二个过程,即重金属跨膜转移过程。
该过程从空间上将重金属从体外转移到体内,从参与的一般化学反应转入到参与生理和生化反应中来,对植物从总体上抵御或富集重金属起决定性作用。
尽管今年来在重金属的吸收方面人们已经做了大量的工作,但如前所述,就重金属的跨膜转移机制方面还存在许多模糊或矛盾的结果。
例如,不同种类的重金属离子是否同样都会造成钾离子外流?
除了烟草以外,在其它中午中是否也存在相同问题,钾离子外流的程度与重金属离子的浓度之间呈何种关系,以及重金属离子是否与钾离子竞争通道?
等等
分子生物学手段显然是最终阐明机理和解决实际问题的最佳手段,然而在现阶段,要通过基因克隆方法研究重金属的跨膜机制还存在一定的困难,因为人们对不同重金属通过哪种通道进行跨膜转运还不很清楚。
目前已有的知识和技术(如合适的抑制剂、微电极测定膜电位等)对不同重金属转运通道进行分类研究的可能性已经存在。
鉴于生理特性的阐明是进一步从分子水平上对其加以研究的先决条件,故根据本课题组的前期工作基础,本项目将主要围绕重金属跨膜转移过程中所涉及到的离子通道和相关的可能调节机制进行研究,希望通过有关工作为进一步寻找到参与调节的基因,并在此基础上通过基因操作的手段培育出具有特殊功能的所需植物品种。
3人力、物力条件
人力条件:
课题组各成员为10级生物技术学生,已学习了《微生物学》《生物化学》等课程,掌握了常规实验仪器的操作和微生物学基础实验操作技能。
项目组成员具有协作精神,能确保项目的顺利完成。
物力条件:
生命科学学院具有植物无土培养实验室、生化与分子生物学实验室,能满足本课题所需要的实验设备。
主要研究的内容、目标和进度(请详细填写)
1研究的内容
1.1不同重金属对玉米根系钾离子的转移的影响
在前面的研究中已经发现铜离子会引起烟草根系细胞钾离子的外流,在本课题,继续观察更多种类的重金属离子对玉米生长的影响,例如镉,铬,锡,铅,汞等是否都有相同的作用,以及比较不同重金属离子对钾外流的影响。
该部分内容包含两个方面:
(1)不同重金属离子是否引起钾离子的外流
(2)不同重金属离子引起钾离子外流的能力
1.2环境中重金属离子浓度与植物根系钾离子外流之间的关系
虽然已经证实某些重金属离子确实会引起钾离子外流的现象,但是是否重金属离子浓度越大就会使越多钾离子流失?
本部分研究内容主要寻找重金属离子浓度与钾离子流失过程之间存在的关系。
2研究的目标
鉴于生理特性的获取是进一步从分子水平阐明重金属吸收机理和实行基因操作的先决条件,故本研究的目标是:
明确不同重金属离子是否都会造成玉米根系钾离子的外流,确定该现象在其它植物中是否为普遍现象,寻找到重金属离子浓度与钾外流程度之间的关系,判断重金属离子与钾离子之间是否存在竞争关系,进一步阐明该过程的生理调节机制,为寻找参与调节的功能基因,并在此基础上有针对性地采用分子生物学手段挖掘和创造植物排斥或积累重金属的潜能,培育出具有特殊功能的所需植物品种提供基础资料。
3研究的进度
1.2012年5月25日至2012年7月25日查阅资料;
2.2012年7月26日至2012年10月26日育苗;
3.2012年10月27日至2012年12月27日检测;
4.2012年1月1日至2012年3月1日分析;
5.2012年3月2日至2012年5月2日总结整理数据结果。
完成本课题预期目标已具备的条件(包括现有实验手段、图书资料、课题组其他成员情况及协作条件等)
1实验手段
实验设备:
光照恒温培养箱,火焰光度计,电子天平等
2图书资料
馆及生命科学学院资料室收藏了有关于生物的大量书籍,学校图书馆和学院资料室对学生自由开放,中国博士论文数据库、中国学术会议论文数据、学位论文数据库、中文期刊全文数据库等文献丰富易于获取。
3课题组其他成员情况及协作条件
指导老师:
王玉倩(博士,副教授)
主要从事植物生理等方面的研究,目前承担1项省级项目,已完成1项省级项目。
其他成员:
忻秀玲(10生物技术)已学习了《微生物学》《生物化学》等课程,掌握了常规实验仪器的操作和微生物学基础实验操作技能。
吕方琼(10生物技术)已学习了《微生物学》《生物化学》等课程,掌握了常规实验仪器的操作和微生物学基础实验操作技能。
协作条件:
忻秀玲主要负责前期查阅资料,协助中期育苗、后期数据处理;
吕方琼主要负责中期育苗,协助前期查阅资料,后期数据记录,处理;
何力主要负责后期数据记录、处理、分析,协助中期育苗。
拟采取研究方法和技术路线(包括研究工作的总体安排和进度、实验方法和步骤及其可行性论证、可能遇到的问题和解决办法)
1拟采取研究方法
方法:
本项目主要实验室条件下进行,通过控制条件下的水培得玉米幼苗。
研究方法上主要采取生物化学的方法(各类通道抑制剂、酶抑制剂)、植物的生理方法(利用吸收动力学方法测定有关的吸收参数如Vmax,Km等)常规化学分析方法(重金属含量分析、有机酸含量分析)。
技术路线:
水培样玉米幼苗
不同重金属离子处理
钾离子处理
测定玉米的钾吸收速率
测定重金属吸收量
内容1实验方案:
本事呀把内容主要考察不同的重金属离子对玉米幼苗根系钾转移的影响
选择玉米进行水培
配置含有1mmol/L钾离子及不同重金属离子(Cr,Cd,Hg,Sn,Pb)的吸收液
再此基础上再增加添加钾通道抑制剂(TEA)和钾载体抑制剂(NEM)的处理
供试植物转入吸收液一定时间后取出
测定吸收液中钾离子的含量
内容2实验方案:
本内容主要考察不同重金属离子浓度下,植物幼苗根系钾离子转移受影响程度对比。
从前面的实验结果中选择合适的植物进行水培
配制含有1mmol/L钾离子及不同浓度重金属离子的吸收液
在此基础上再增加添加钾通道抑制剂和钾载体抑制剂的处理
供试植物转入吸收液一段时间后取出
测定吸收液中钾离子的含量及重金属离子含量。
2可行性论证
在之前的项目中已经发现铜可以影响烟草根系非选择性阳离子通道对钾离子的转移,并且造成钾离子的外流,也有文献报道重金属离子镉可导致水稻幼苗根系钾离子的外流,因此本实验的前提是成立的,从研究思路上是可行的。
验室已建立起进行植物培养、吸收测定等一整套完善的仪器设备,无法自行测定的项目可依托本校测试中心进行测定,团队成员均具有中、高级技术职称,也曾参与申请者之前的研究项目,掌握了相关的实验技术,因此客观条件及研究技术上具备可行性。
申请者已完成一项相关的研究课题,目前在研的一项课题也已取得初步的成果。
因此鉴于以上原因,整个研究方案从理论和实际操作上均是可行的。
3可能遇到的问题及处理方法
问题:
1.培养箱的温度和湿度不是一直适宜,没有及时调整其温度而影响玉米的生长;
2.培养箱中的光照时间和和强度控制的不恰当。
处理方法:
1.实验时查阅好相关资料,控制好玉米不同生长阶段的温度和湿度;
2.控制好培养箱的光照时间和强度以适应玉米的各界段生长。
课题负责人姓名及课题组成员姓名、任务、分工情况:
编号
姓名
年级
分工情况
01
何力
10生物技术
育苗,管理,记录,分析。
02
吕方琼
10生物技术
育苗,管理,记录,分析。
03
忻秀玲
10生物技术
育苗,管理,记录,分析。
经费概算:
(金额单位:
元)
预算科目名称
科技经费
备注(计算依据与说明)
1.科研业务费
400.00
样品检测费
400.00
试验样品检测费
2.实验材料费
200.00
常用药品
200.00
购买1-2种常用药品
3.劳务费
合计:
600.00
推荐意见(课题申请者必须由一名高级职务或两名中级职务的教师推荐、推荐意见要说明项目的意义和取得预期成果的可能性,申请者和项目组成员的学习情况及研究能力,已具备的条件等)
该课题主要研究重金属对玉米吸收钾离子的影响,对于揭示重金属转运机理具有一定的指导意义,同时通过对重金属离子与钾离子之间相互关系的研究,可以为重金属污染区的玉米种植提供建议。
该课题主要研究方法比较简单,是10生物技术专业同学能够胜任的,同时实验室已建立起相关的设备设施,能够满足实验的需要,因此通过对本课题的研究,是能够取得预期成果的。
本课题参与成员具备了良好的专业知识水平,具备出色的学习能力并且乐于学习、敢于创新,不断追求卓越;具备诚实可信的品格、富有团队合作精神;具有吃苦耐劳的品质,对工作认真负责,积极进取,个性乐观执着,敢于面对困难与挑战.
课题参与人员已初步掌握了植物水培的相关技术,实验室具备植物培养,火焰光度计等相关设备。
综上所述,本课题具备一定的创新性和实际意义,课题组成员能够确保完成预期目标,也具备完成课题的实验条件。
因此,请予批准!
推荐人:
(签章)职务:
专业:
单位:
生命科学学院
推荐人:
(签章)职务:
专业:
单位:
生命科学学院
指导教师承诺:
本人承诺在整个课题实施过程中进行指导,督促课题组取得预期研究成果并按时结题。
否则,两年内将不能再指导学生科研。
指导教师签名:
院(所、室)
意见
对申请者的条件、申请资助项目的意义、研究方案的可行性、经费预算的合理性等方面签署意见
院长(主任)签字:
年月日
科
技
处
意
见
校
学
术
委
员
会
意
见
主
管
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长
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见
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