【摘要】：鎘(Cd)是我國污染范圍最廣的重金屬元素。在我國南方自然酸性土壤中,鎘的生物有效性高,其危害作用也更為嚴(yán)重。鎘不僅會(huì)導(dǎo)致作物生長受損、產(chǎn)量減少,還能通過食物鏈傳遞,人長期食用鎘超標(biāo)食品會(huì)導(dǎo)致許多疾病如肺癌、腎衰竭、骨質(zhì)疏松等疾病。菜心(又名菜薹),十字花科蕓薹屬植物,在中國南方地區(qū)有大面積的種植,是南方重要的葉菜類的蔬菜之一。菜心相較于其他農(nóng)作物而言鎘富集能力較強(qiáng),長期食用會(huì)有潛在危害,因此有必解析菜心響應(yīng)鎘的、吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)鎘的分子機(jī)理,進(jìn)而通過分子手段控制菜心的鎘積累量是十分必要的。本研究首先分析種植比較廣泛的幾種常規(guī)菜心品種,在重金屬鎘脅迫下對種子的萌發(fā)和幼苗的生長的影響以及鎘積累量情況。結(jié)果表明,在50μmol/L Cd(NO_3)_2處理下,8個(gè)不同品種的菜心種子的萌發(fā)時(shí)間與對照組相比縮短了,但萌發(fā)率并未受到明顯抑制;從種子萌發(fā)10天根的生長情況來看,只有三個(gè)菜心品種(油青49、綠寶70天、油綠702)的根生長受抑制作用,其余品種均無顯著性差異。鎘脅迫下的菜心幼苗,80天油青、改良19、尖葉40地上部生長明顯受到抑制作用,但油青49根部生長明顯被促進(jìn),而其余品種的生長無顯著差異。說明鎘脅迫下菜心不同品種之間的鎘耐受性存在差異,不同品種菜心對鎘的脅迫響應(yīng)機(jī)制有可能不同。油青49在種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)中,鎘脅迫下對根長生長是受抑制的,而在幼苗實(shí)驗(yàn)中,鎘脅迫下其根的生長卻受到促進(jìn)作用,說明在不同發(fā)育階段,菜心對鎘脅迫的響應(yīng)不同。從幼苗的鎘積累量來看,50μmol/L Cd(NO_3)_2脅迫處理菜心幼苗6天,各品種間地上部或根部的鎘積累量無顯著性差異。為了認(rèn)識(shí)和研究菜心鎘脅迫響應(yīng)基因,本研究對品種油青49地上部、根部鎘處理前后的樣本mRNA進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組高通量測序,并以鎘處理前的樣品作為對照,獲得差異表達(dá)基因,經(jīng)GO和KEGG注釋、分類、富集分析發(fā)現(xiàn),差異表達(dá)上調(diào)基因的GO富集分析主要富集在與氧化還原過程、毒素的代謝、各種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(如Zn~(2+)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)的活性、調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡、和木栓質(zhì)、水楊酸生物合成過程等亞類功能中。差異表達(dá)下調(diào)的基因的GO富集分析,主要富集在與光合作用、DNA復(fù)制、細(xì)胞有絲分裂、細(xì)胞壁組分和微管細(xì)胞骨架組織等的亞類功能中;其中在木質(zhì)素代謝條目中,有LAC4、LAC11、LAC17等與木質(zhì)素合成相關(guān)的基因,說明菜心在鎘脅迫后木質(zhì)素合成可能受到影響;在金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)條目中,有HMA2、ZIP家族基因、Nramp4等基因,鎘脅迫后基因表達(dá)水平上調(diào),說明這些基因可能與鎘的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)。而KEGG途徑富集分析主要包括植物對逆境的響應(yīng)途徑(苯丙素、芥子油苷、角質(zhì)等物質(zhì)的生物合成途徑;谷胱甘酸、半乳糖、硫等物質(zhì)代謝途徑)、植物激素的信號(hào)傳導(dǎo)途徑(植物中的MAPK信號(hào)通路、植物激素信號(hào)傳導(dǎo)等)、光合作用(光合作用-天線蛋白質(zhì)、類胡蘿卜素的生物合成等)等,以上顯著富集到GO分類條目、KEGG途徑是都很可能參與到鎘脅迫響應(yīng)機(jī)理中。選取已報(bào)道與鎘轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因家族,挑選在差異表達(dá)基因集合當(dāng)中的基因作為qPCR驗(yàn)證基因,如HMA2、MRP7、ABCG40、NRAMP1、YSL2等,且這些基因在GO數(shù)據(jù)庫中注釋到與金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的GO條目。通過qPCR驗(yàn)證差異表達(dá)基因,qPCR結(jié)果與轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果相關(guān)性較好,說明轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果可靠。Nramp家族基因在擬南芥和水稻中對鎘的吸收以及積累起著重要作用,在我們的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析中,進(jìn)一步以AtNramp、OsNramp序列與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析找到三個(gè)同源基因分別是Bra000573、Bra008437、Bra012154,發(fā)現(xiàn)Bra008437和Bra012154是差異表達(dá)上調(diào)基因,它們可能在菜心的鎘吸收和積累中起作用。對菜心中Nramp家族基因進(jìn)行克隆,成功克隆出菜心中Bra000573、Bra008437、Bra012154基因,測序結(jié)果與參考基因組的序列同源性高。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S634.5;X171.5
【圖文】：

圖 2-1 菜心水培流程圖2.2.3 地上部、根部鎘含量的測定（1）植株的消解過程鎘脅迫處理 6 天后收取植物樣品，烘干后進(jìn)行消解：置于消解管中，加入 10 ml 65%濃硝酸進(jìn)行微波消解，微波消解程序如表 2-6。表 2-6 微波消解程序程序 溫度（℃） 功率（W） 升溫時(shí)間（min） 保溫時(shí)間（min）1 130 1500 10 52 150 1500 10 -3 190 1500 15 -4 190 1500 - 30待微波消解程序完成后，冷卻至常溫取出消解管，需在通風(fēng)櫥中打開消解管進(jìn)行定容。定容時(shí)使用高純水，倒出消解液后用少量高純水沖洗消解管 2~3 次后定容至 50 ml。

鎘脅迫下菜心的轉(zhuǎn)錄組分析鎘脅迫下菜心種子萌發(fā) 10 天的根長如圖 3-2 所示，8 個(gè)品種菜心除了改良 19 以外，其余品種在 50 μmol/L Cd（NO3）2條件下與對照組（未添加 Cd）相比，萌發(fā) 10 天后的根生長均受一定程度的抑制，但只有油青 49、綠寶 70 天、油綠 702 這三個(gè)品種的根生長表現(xiàn)出明顯受抑制，其余品種根生長均無明顯差異，說明這油青 49、綠寶 70 天、油綠 702 這三個(gè)品種的根生長對 50 μmol/L Cd（NO3）2脅迫作用是比較敏感的。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王曉娟;王文斌;楊龍;金j;宋瑜;姜少俊;秦蘭蘭;;重金屬鎘(Cd)在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑及其調(diào)控機(jī)制[J];生態(tài)學(xué)報(bào);2015年23期

2 胡文友;黃標(biāo);馬宏衛(wèi);陳永;董

本文編號(hào)：2732002