芥菜型和甘蓝型油菜耐镉机理研究
随着工业的发展，进入环境中的镉(Cd，cadmium)逐年增加，致使土壤中的Cd污染问题日益严重，严重危害着植物的生长发育，进而危害人类的健康，因此解决Cd污染问题迫在眉睫。前人研究发现水杨酸(SA，salicylicacid)和乙烯(ETH，ethylene)影响液泡的趋镉化，能一定程度缓解植物的镉毒害;植物修复是土壤Cd污染治理的途径之一，但首先需要有一种理想的修复材料。因此本研究以高生物量、耐镉性差的甘蓝型油菜（BrassicanapusL.）和低生物量、耐Cd性强的芥菜型油菜为材料（BrassicajunceaL.），从生物量、氧化损伤、抗氧化系统、Cd的亚细胞分布等生理生化水平研究SA和ETH对两者的耐Cd性影响;同时在分子水平上，通过抑制性消减杂交技术(SSH，SuppressionSubtractiveHybridization)筛选出芥菜型油菜高耐受、高积累性相关基因。致力于揭示两种油菜耐Cd机理差异，为进一步的研究，培育出耐Cd性好、生物量大的理想型修复材料奠定基础。研究结果如下: (1)水杨酸和乙烯对Cd胁迫下油菜Cd积累和生长发育的影响 通过分别预处理25μMSA和50μMETH，然后再处理CdCl2，研究其对甘蓝型和芥菜型油菜Cd的吸收、转运、积累以及生长发育的影响。结果显示:单一施Cd时，与对照相比，两种油菜根系和地上部Cd含量极显著增加（P＜0.01），且表现出芥菜型油菜Cd积累量大于甘蓝型油菜;根系和地上部的生物量也受到严重抑制;根长和侧根数量显著降低（P＜0.05），甘蓝型油菜净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)都显著降低，芥菜型油菜Pn、Gs、Tr降低，Ci升高。SA+Cd处理，与单一施Cd相比，甘蓝型油菜地上部和根系中Cd含量显著降低，Cd转运系数增加，芥菜型油菜根系中Cd含量降低，地上部Cd含量升高，转运系数增加，两种油菜的生物量、根长和侧根数量显著增加，甘蓝型油菜Pn、Gs、Tr、Ci都有所增加，芥菜型油菜Pn、Gs、Tr增加，Ci降低。ETH+Cd处理，与单一施Cd相比，甘蓝型油菜地上部和根系中Cd含量显著增加，Cd转运系数降低，芥菜型油菜根系和地上部Cd含量增加，转运系数降低，两种油菜的生物量、根长、侧根数量Pn、Gs、Tr、Ci都显著下降。表明芥菜型油菜对Cd的积累能力大于甘蓝型，SA+Cd处理能减少甘蓝型油菜对Cd的吸收、增加Cd的转运，能增加芥菜型油菜对Cd的转运，能一定程度缓解Cd胁迫对两种油菜生长发育的影响。ETH+Cd处理加重了Cd的毒害作用。 (2)水杨酸和乙烯处理对油菜Cd胁迫下氧化胁迫和抗氧化系统的影响 Cd处理，两种油菜相对电导率、丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、过氧化氢、超氧阴离子、还原性抗坏血酸(ASA)、氧化型抗坏血酸(DHA)、还原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)、GSH/GSSG都显著增加，ASA/DHA比值下降。SA+Cd处理，与单一处理Cd相比，相对电导率、丙二醛、脯氨酸、过氧化氢、超氧阴离子含量降低，可溶性糖含量增加，ASA、DHA、ASA/DHA都显著增加，GSH、GSSG下降，GSH/GSSG上升。ETH+Cd处理，与单一处理Cd相比，相对电导率和丙二醛变化不显著，脯氨酸和可溶性糖含量显著增加，ASA、DHA、ASA/DHA整体略上升，GSH、GSSG下降，GSH/GSSG上升。并且芥菜型油菜的氧化胁迫指标整体显著低于甘蓝型油菜，ASA、DHA、GSH、GSSG含量显著高于甘蓝型油菜。结果表明芥菜型油菜耐Cd性较强，抗氧化能力强于甘蓝型油菜。SA+Cd处理，缓解了两种油菜的氧化胁迫，增强了抗氧化系统，且主要是通过增加ASA、DHA，GSH、GSSG含量来减少氧化损伤。 (3)水杨酸和乙烯对油菜Cd的亚细胞分布的影响 通过差速离心和Cd的特异性荧光染色分析了镉的亚细胞分布。结果显示，甘蓝型油菜中Cd含量表现为:细胞壁＞细胞液＞细胞器，其中地上部细胞液中Cd所占比例大于根系中细胞液所占比例;芥菜型油菜中Cd含量表现为:细胞液＞细胞壁＞细胞器，同样地上部细胞液中Cd所占比例大于根系中细胞液所占比例。SA+Cd处理，与单一处理Cd相比，甘蓝型油菜根系中Cd分布变化不显著，但地上部细胞液中Cd含量显著增加，细胞液中含量显著减少;对于芥菜型油菜，SA+Cd处理使根系和地上部细胞液中Cd含量略有增加。而ETH+Cd处理，增加了两种油菜根系和地上部细胞壁中Cd含量，减少了细胞液中Cd含量。以上结果表明，甘蓝型油菜Cd主要分布在细胞壁中，芥菜型油菜Cd主要分布在细胞液中，SA预处理后增加了细胞液中Cd含量，促进了细胞壁中的Cd进入细胞液中，ETH+Cd处理，增加了细胞壁中Cd含量，促进了细胞液中的Cd向细胞壁转移。因此，SA有助于液泡的趋镉化，而ETH抑制液泡的趋镉化。 (4)两次抑制性消减杂交(SSH)结果 以Cd处理芥菜型油菜为Tester，对照芥菜型油菜为Driver，以及Cd处理甘蓝型油菜为Tester，对照甘蓝型油菜为Driver，分别进行第一次SSH。然后以第一次SSH结果，芥菜型油菜为Tester和甘蓝型油菜为Driver，进行第二次SSH，最终得到了结果进行克隆、测序、基因比对，得到14个差异表达基因，其中GRP3（甘氨酸丰富蛋白3短链）出现频率最高，其次是PSⅡ-10（光系统Ⅱ10kD蛋白）。说明芥菜型油菜高耐Cd性可能与甘氨酸代谢和光合相关途径有关。
油菜;耐镉机理;亚细胞定位
四川农业大学
硕士
植物营养学
袁澍
2018
中文
S634.3
2023-07-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）