氮营养对植物Cd积累和毒害的影响及其相关机制的研究
近年来，随着工农业的迅速发展，土壤重金属污染已成为全球面临的严峻问题之一，其中镉(Cd)因具有污染周期长、毒性高、难降解等特点而备受关注。土壤Cd污染一方面会对生长于Cd污染土壤上的植物造成毒害并使作物减产，另一方面Cd也会被植物吸收并富集在籽实内进入食物链。Cd通过食物链进入人体，在人体内富集，危害人类健康。因此，寻找高效的土壤重金属污染修复技术已迫在眉睫。氮素管理是降低作物中Cd积累的一项有效的农艺措施，然而关于氮素影响植物中Cd吸收的机制仍不清楚。
本文选用番茄野生型和铁吸收无效性突变体T3238fer，采用营养液培养法研究N形态对番茄Cd吸收的影响。研究结果表明，NO3--N处理比NH4+-N处理更能促进野生型番茄中Cd的积累，以及根中Fe的吸收。此外，尽管NO3--N处理下番茄根中LeFRO1的表达量仅有略微增加，但是LeIRT1的表达量却大幅增加，这表明LeIRT1表达量的增加可能是NO3--N处理下番茄根中Fe吸收增加的主要原因。在两种N形态处理条件下，番茄铁吸收无效性突变体T3238fer中LeIRT1的表达量相当，与野生型T3238相比均处于极低的水平;而且突变体T3238fer根中Cd吸收不受N形态的影响，而在野生型T3238中，NO3--N处理下根中Cd的吸收量显著高于NH4+-N处理。以上研究结果表明，番茄野生型T3238植株中的Fe吸收系统是NO3-促进Cd吸收过程所必需的。此外，NO合成抑制剂L-NAME或钨酸钠处理抑制了番茄中LeIRT1的表达，使NO3-处理下植株中Cd浓度显著降低，而且减少了NO3-和NH4+两种处理间Cd吸收的差异。这一结果进一步证实了铁吸收系统介导的Cd吸收是NO3-处理促进Cd积累的关键途径。
硝酸盐能显著诱导植物体内非共生血红蛋白Hb1基因的表达，而Hb1蛋白在清除植物体内NO中发挥着重要作用。为此，本文还选用Columbia-0野生型拟南芥（wt）、过表达非共生血红蛋白AHb1的转基因拟南芥(H7)和反义方向表达AHb1的转基因拟南芥(L3)为供试植物。我们发现，在以NO3-为氮源的条件下，Cd对三种基因型拟南芥生长的影响与植物体内AHb1的表达量密切相关，其生物量抑制程度表现为:L3＜wt＜H7。而在以NH4+-N为氮源的条件下，Cd对三种基因型拟南芥生长的影响与AHb1的表达量之间并无关联性。为此，在以NO3--N为氮源条件下，我们研究了AHb1蛋白影响植物耐镉性的可能机制。对拟南芥植株中Cd含量进行测定发现，根及地上部的Cd浓度在三种基因型拟南芥之间均无显著性差异。Cd处理对H7生长抑制的效应最大，Cd毒致使H7根中H2O2含量的升高量最大。对三种基因型拟南芥的研究还发现，H7根中的NO含量最低。而用NO供体SNP处理H7植物后，Cd导致的根系生长抑制和氧化胁迫均明显减轻。综上，我们得出结论:硝酸盐诱导的Hb1参与调控了对Cd胁迫下拟南芥根中产生NO的清除过程，从而增加了植物体内ROS的积累，加剧了Cd对植物的毒害作用。
营养液培养法;植物镉积累;铁吸收系统;氧化胁迫;土壤重金属污染;氮素管理
浙江大学
硕士
农业资源利用
章永松;黄锦法
2013
中文
X53;X171.4
58
2013-06-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）