不同基因型谷子对Cr3+、Cr6+胁迫的生理生态响应及SSR遗传分析
铬(Cr)作为环境中的一种主要重金属污染物，以其毒性强、危害大，在植物体内易积累、难降解的特性被人们广泛关注。在自然界中，铬主要以Cr3+和Cr6+两种形态存在，其中Cr3+是人和动物必需的微量元素，但在体内积累过量，仍会产生较高的毒害效应;而Cr6+则是一种毒性较大的致突变剂。为了进一步了解Cr3+和Cr6+对作物的毒性差异，本文采用盆栽土培法，研究了不同浓度Cr3+、Cr6+胁迫对山西省栽培的四种基因型谷子（晋谷29号、晋谷34号、晋谷35号和长农35号）积累和迁移特性、幼苗的根长、苗长、生物量、叶绿素含量、丙二醛含量、可溶性糖含量、抗坏血酸含量、脯氨酸含量、纤维素含量以及SSR遗传分析的差异。实验结果如下:
1、Cr3+、Cr6+在四种基因型谷子（晋谷29号、晋谷34号、晋谷35号和长农35号）幼苗体内的积累量与处理浓度之间呈剂量-效应关系。Cr3+、Cr6+在四种基因型谷子幼苗体内主要积累于根部，根部的积累量均明显高于地上部，且Cr6+在根部积累量显著高于Cr3+。晋谷29号、晋谷34号的转运系数为Cr3+大于Cr6+，而晋谷35号、长农35号的转运系数Cr6+大于Cr3+。四种基因型谷子相比，长农35号对Cr+、Cr6+的吸收富集能力强于晋谷29号、晋谷34号和晋谷35号，而晋谷34号和晋谷35号的转运能力大于晋谷29号、长农35号。
2、Cr3+、Cr6+对四种基因型谷子幼苗根长、苗长、生物量均有不同程度的抑制作用。随着Cr3+、Cr6+浓度的增加，四种基因型谷子幼苗的根长、苗长、生物量均逐渐减小，在20mg·kg-1时达到最低值，且处理组与对照存在显著差异(P＜0.05)。四种基因型谷子幼苗响应Cr3+、Cr6+的胁迫存在品种间差异性。Cr6+对谷子幼苗根长、苗长、生物量的影响大于Cr3+。
3、Cr3+、Cr6+对四种基因型谷子幼苗的生理毒性存在差异性。(1)叶绿素含量在不同浓度的Cr3+胁迫下表现为低浓度(10mg·kg-1)的促进和高浓度（15mg·kg-1）的抑制作用，在Cr6+所试浓度范围内均表现为抑制效应。(2)随着Cr3+浓度的增加，四种基因型谷子幼苗体内丙二醛含量呈上升趋势，在20mg·kg-1时达到最大值。随着Cr6+浓度的升高，丙二醛含量均呈先上升后下降的趋势，在15mg·kg-1时达到最大值，分别比对照组升高了91.9％、174％、161.3％和70.7％，与对照组呈差异显著(P＜0.05)。(3)Cr3+、Cr6+胁迫下四种基因型谷子幼苗体内的抗坏血酸含量存在显著的差异(P＜0.05)。随着Cr3+、Cr6+浓度的升高，抗坏血酸含量均呈先上升后下降的趋势。(4)四种基因型谷子幼苗的可溶性糖含量经Cr3+、Cr6+处理，均表现为低浓度(10mg·kg-1)的促进和高浓度(15mg·kg-1)的抑制效应。两处理组比较分析得，晋谷29、晋谷34、晋谷35、长农35的可溶性糖含量在Cr6+胁迫下的平均值比Cr3+分别高0.02％、8.02％、12.16％、7.57％，说明Cr6+的毒性大于Cr3+。(5)脯氨酸含量随着Cr3+、Cr6+浓度的增加呈先上升后下降的趋势，各处理组与对照差异显著(P＜0.05)，各基因型间差异显著(P＜0.05)。Cr6+胁迫下四种基因型谷子幼苗中脯氨酸含量增加的幅度明显高于Cr3+，在四种基因型中表现为Cr6+处理的平均值比Cr3+分别高出66.82％、78.84％、25.04％、28.42％，说明Cr6+的毒性大于Cr3+。
4、Cr3+、Cr6+胁迫对谷子幼苗基因组DNA具有损伤效应。(1)随着Cr3+处理浓度的增加，四种基因型谷子幼苗体内的DNA含量表现为先升后降的的趋势，在5mg·kg-1达到最大值;不同浓度的Cr6+处理，DNA含量均表现为逐渐下降的趋势，在20mg·kg-1时达到最低值，下降的幅度分别为对照的50.1％、48.1％、47.5％、47.9％，且在四种基因型谷子幼苗体内的降幅明显大于Cr3+。(2)Cr3+和Cr6+胁迫下不同基因型谷子幼苗基因组DNA的SSR图谱发生明显变化，位点多态性表现为单条或多条SSR谱带的增加与缺失。Cr6+胁迫下SSR多态性位点频率明显高于Cr3+，表明Cr6+对谷子幼苗基因组的损伤效应大于Cr3+。总体来看，Cr6+对四种基因型谷子幼苗遗传毒害效应的影响大于Cr3+，其中，长农35号对Cr3+、Cr6+胁迫的耐性大于晋谷29号、晋谷34号、晋谷35号。
谷子;铬离子;生长响应;积累转运;SSR标记
山西大学
硕士
遗传学
张义贤
2013
中文
S515;Q945.78
54
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）