【摘要】：土壤重金屬污染日趨加劇,嚴(yán)重威脅著人類的生存和發(fā)展,已成為全球關(guān)注問題之一。因此,污染土壤的修復(fù)治理已成為人類改善環(huán)境的重要舉措。其中,植物修復(fù)成本低、不引起二次污染、不破壞生態(tài)環(huán)境,是一種極具潛力的綠色修復(fù)技術(shù)。本項研究利用Solexa測序技術(shù),檢測107楊分別在100 mg/kg、200 mg/kg鎘脅迫40天和80天之后,基因表達(dá)的變化,并結(jié)合107楊在鎘脅迫下的生理、生化變化結(jié)果,探討鎘毒害對107楊的基因表達(dá)、信號和代謝通路的影響,以期了解107楊應(yīng)對鎘脅迫的分子機制,為107楊作為植物修復(fù)樹種修復(fù)土壤鎘污染提供理論指導(dǎo)。主要結(jié)果如下:(1)從18個107楊的根、莖、葉樣本中,共獲得204,417個unigene,其中166,336個unigene具有匹配的同源蛋白。116,267條unigene被注釋到14層22,231個GO條目上,88,006個unigene被注釋到25種COG功能類別中,36,804個unigene共映射到277條Pathway。此外,204,417個unigene中有88,691個SSR位點,2,642種重復(fù)堿基單元類型。(2)響應(yīng)鎘脅迫,107楊差異基因顯著富集GO條目有2,580個。不同部位,差異基因顯著富集的程度不同,表現(xiàn)為根葉莖。隨鎘脅迫濃度增加,葉與莖差異基因GO富集程度增加;根差異基因GO富集程度減小,在80天時減少尤為顯著。隨鎘脅迫時間增長,葉和莖GO富集程度減小;根在低濃度鎘處理時富集程度增加,高濃度鎘處理時富集程度減小。顯著性富集的GO條目涉及到主要代謝途徑的酶、生物分子的合成與分解代謝、對刺激的響應(yīng)、結(jié)合過程、運輸過程、轉(zhuǎn)錄過程、信號通路、調(diào)控調(diào)節(jié)、植物組織以及其他一些生理生化途徑。(3)響應(yīng)鎘脅迫,107楊差異基因顯著富集Pathway條目有448個。不同部位,差異基因顯著富集的程度不同,同樣表現(xiàn)為根葉莖。隨鎘脅迫濃度增加,葉與莖差異基因富集的Pathway條目數(shù)量更多、程度更顯著,根在40天時差異基因Pathway富集數(shù)量增加、在80天時則明顯減少。隨鎘脅迫時間的增長,葉和莖差異基因Pathway富集程度減小;根在低濃度鎘處理時富集程度增加,高濃度鎘處理時富集程度明顯減小。顯著性富集的Pathway包括糖類、脂類、蛋白質(zhì)等生物大分子以及次生代謝產(chǎn)物的合成與代謝,受體、信號系統(tǒng)等,涉及光合作用、呼吸作用、元素吸收、能量代謝等多種生理生化過程。(4)107楊葉部在100 mg/kg鎘脅迫下,表現(xiàn)出一定的適應(yīng)性,光合器官及相關(guān)轉(zhuǎn)錄活動都有上調(diào)。在抗氧化過程中,谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽的合成與結(jié)合起了重要作用。107楊在200 mg/kg的鎘脅迫下,表現(xiàn)出明顯的中毒現(xiàn)象。首先,凈光合速率顯著下降,主要是因為鎘破壞光合器官、損傷光合系統(tǒng)、抑制相關(guān)酶活性、影響固碳作用,加快色素分解和葉綠體呼吸作用,以及影響電子傳遞和氣孔調(diào)節(jié)。其次,造成107楊對硝酸鹽、氨基酸的吸收和運輸能力減弱,以及相關(guān)酶、輔酶活性的下降;鎘還通過影響鉀離子通道的活性,破壞離子平衡,從而對107楊造成毒害作用。最后,抗氧化系統(tǒng)遭到很強的破壞,會造成過氧化物下降,過氧化物、抗壞血酸和維生素E合成途徑的下調(diào)。(5)鎘脅迫會影響107楊對其他刺激的響應(yīng),不僅會出現(xiàn)交叉適應(yīng)性,也會造成對某些刺激響應(yīng)的下降。鎘脅迫時葉部對鎘離子和鋅離子刺激的響應(yīng)存在同步現(xiàn)象,這可能由于鎘、鎂價電子排布的相似性,形成競爭關(guān)系,影響了酶活性和正常生理反應(yīng)。鎘對植物細(xì)胞壁的破壞造成細(xì)胞壁修飾、相關(guān)酶活性以及大分子物質(zhì)合成過程下調(diào),并加速大分子物質(zhì)分解。(6)107楊應(yīng)對鎘脅迫時出現(xiàn)了黃酮、類黃酮、黃酮醇等合成的pathway上調(diào)現(xiàn)象,但是根部在鎘脅迫80天,莖部在200 mg/kg的鎘脅迫80天時并沒有此現(xiàn)象,說明長時間鎘脅迫會降低植物對鎘脅迫積極響應(yīng),影響順序為根莖葉。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S792.11;X53;X173

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本文編號：2446511