烟草砷吸收、亚细胞分布及形态的基因型差异与磷酸盐缓解砷毒害的机理研究
砷(As)是一种具有高毒性的类金属。各种生产活动，如化肥和农药等舍砷化合物的使用，促进了砷在土壤中的积累。中国是全球最大的烟草生产国。为了缓解砷的不良效应，筛选耐砷与低砷积累的烟草品种是一条重要途径，从而保证在砷含量较高的土壤中仍能种植烟草。砷的积累和毒性在不同植物和同一种植物的不同器官或组织中有很大差异。因此，为明确砷毒害的基因型差异，有必要研究其形态和亚细胞分布。砷具有高度毒性，且对植物生长几乎无任何益处，但砷酸(As5+)和磷酸（PO43-）的化学性质十分相似，两者在吸收上存在拮抗效应。本研究的目的在于:(1)了解三个烟草基因型对砷积累的差异;(2)研究砷积累差异显著的两种烟草基因型的砷亚细胞分布及形态，以明确砷积累基因型差异的机制;(3)研究对砷敏感性不同的烟草基因型间As5+和PO43-吸收机制的差异，以及外源PO43-对调控As5+吸收的作用。主要研究结果如下: 1.不同烟草基因型砷吸收和积累的差异 采用水培实验，研究砷耐性不同的三种烟草基因型ZY90、Y85和FSMY对砷的响应。烟草分别种在0、10、20、40和80微摩尔的含砷营养液中，处理48和96小时后收获样品。结果显示，在砷处理下，植株地上部和地下部干物重均下降，且随处理剂量和时间的增加而加重，其中ZY90在砷浓度为80微摩尔的条件下处理96小时的干物重减少最多。地上部和地下部干物重的减少趋势为:ZY90＞Y85＞FSMY。与Y85和FSMY相此，ZY90在10、20和40微摩尔的砷处理下具有最高的砷含量;而在砷浓度为80微摩尔时，FSMY的砷舍量最高。FSMY在两种取样时间中均具有最高的砷积累量，但干物质减少最小;ZY90则与之相反，砷积累量最小，但干物质减少最大。研究表明，虽然FSMY是耐砷基因型，但它在植物组织中积累有较多的砷，说明它对砷的耐性机理并不是通过限制砷的吸收，而是存在着其它机制。 2.砷敏感性不同的烟草基因型砷的亚细胞分布和形态 选用砷敏感性不同的两个烟草基因型ZY90和FSMY，研究它们在水培条件下砷的亚细胞分布。砷浓度为0、1、10和100微摩尔等4个处理，测定了细胞壁、质体、细胞核、线粒体和可溶性胞质这5个器官的砷舍量。结果表明，砷在根部主要在细胞壁，而在茎和叶中则主要在细胞壁和液泡中。砷的亚细胞分布和化学形态存在着显著的基因型差异;与FSMY相此，砷敏感基因型ZY90在质体、细胞核和线粒体中舍有较高的砷，而在细胞壁和可溶性胞质中较少。采用液相色谱-感应耦合等离子体-质谱技术(LC-ICP-MS)分析了砷的形态，结果表明，烟草中大部分砷以AS3+形式存在，很少或几乎没有AS5+。本研究烟草中仅存在无机砷，而无有机砷，说明植物中无砷的甲基化作用。另外，发现ZY90此FSMY含有较多的AS3+。本研究结果证明，植物对砷的敏感性不仅仅决定于砷的积累量，还决定于砷在亚细胞中的分布与其形态。 3.砷耐性不同的烟草基因型中磷酸对砷的吸收和毒性缓解作用 利用水培方法，研究了砷耐性不同的两种烟草基因型（ZY90和FSMY）中磷酸(PO43-)对砷酸(As5+)吸收的影响。试验设9个处理组合，由0、10、100微摩尔的As5+浓度和0、50、500微摩尔的PO43-而成。结果表明，砷胁迫下，ZY90与FSMY相比，叶片光合参数、地下部和地上部干物重及和营养元素含量等减少更多。施加500微摩尔外源PO43-显著抑制ZY90和FSMY对As5+（100微摩尔）的吸收，FSMY表现尤其明显。植物吸收大量PO43-显著降低As5+的摄入，使光合强度和养分吸收增加。另外，添加磷酸增加超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性，减少丙二醛(MDA)舍量。这一结果表明，PO43-确实是一种As5+竞争性抑制剂，因此可有效地用于控制烟草中As5+的积累。
烟草;砷污染;基因差异性;亚细胞分布;化学形态
浙江大学
硕士
作物学
英兰;张国平
2015
中文
X173
91
2015-07-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）