隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快,土壤重金屬污染問(wèn)題日益凸顯,其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)、植物生長(zhǎng)和人體健康的影響也引起廣泛關(guān)注。水稻(Oryza sativa L.)對(duì)鎘有較強(qiáng)的吸收,使鎘通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體從而危害人類健康。代謝組學(xué)(metabonomic)可以研究植物代謝物種類及其含量在不同環(huán)境條件下的變化,探索植物代謝物的時(shí)空積累模式,為進(jìn)一步解析植物發(fā)育及應(yīng)對(duì)外界環(huán)境條件的調(diào)控機(jī)制提供依據(jù)。為了解水稻響應(yīng)鎘脅迫代謝組變化及主要代謝途徑,本研究以常規(guī)稻黃華占(O.sativa L.subsp.indica‘Huanghuazhan’)為實(shí)驗(yàn)材料,采用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)和超高效液相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜(UPLC-Q-TOF-MS)兩種質(zhì)譜技術(shù)對(duì)鎘脅迫下苗期水稻代謝物分別進(jìn)行了靶向和非靶向代謝組學(xué)研究。此外,基于前期工作基礎(chǔ),利用高效液相色譜(HPLC)結(jié)合11種化合物標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)水稻萌發(fā)過(guò)程中響應(yīng)鎘脅迫酚類物質(zhì)的變化進(jìn)行了靶向代謝組學(xué)研究。主要研究結(jié)果如下:1.鎘脅迫會(huì)導(dǎo)致水稻苗期葉尖、葉鞘發(fā)黃,根變?yōu)楹稚?苗高、根長(zhǎng)、鮮重和干重均隨著鎘脅迫濃度的增加呈下降的趨勢(shì)。隨著鎘脅迫濃度的增加,水稻苗期葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量呈先增加后降低的趨勢(shì),脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量呈上升趨勢(shì),可溶性蛋白的含量呈下降的趨勢(shì),三種抗氧化酶的活性表現(xiàn)為:隨著鎘脅迫濃度的增加,超氧化物歧化酶(SOD)活性表現(xiàn)出升高的趨勢(shì),過(guò)氧化物酶(POD)的活性呈顯著升高的趨勢(shì)(p0.05),而過(guò)氧化氫酶(CAT)的活性呈先升高后降低的趨勢(shì)。2.GC-MS從苗期水稻中共鑒定出氨基酸、有機(jī)酸和糖類等31種初生代謝產(chǎn)物。方差分析表明L-絲氨酸隨著鎘脅迫濃度的增加而顯著降低(p0.05),L-蘇氨酸、4-氨基丁酸、莽草酸、檸檬酸、麥芽糖、葡萄糖和α-乳糖隨著鎘脅迫濃度的增加而顯著增加(p0.05),其余23種物質(zhì)均隨著鎘脅迫濃度的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)。熱圖分析表明水稻在低濃度鎘(50?M)脅迫下,多數(shù)氨基酸、有機(jī)酸和糖類物質(zhì)含量均表現(xiàn)出增加的趨勢(shì),但在高濃度鎘(500?M)脅迫下多數(shù)氨基酸和有機(jī)酸物質(zhì)含量呈降低的趨勢(shì),但多數(shù)糖類物質(zhì)較對(duì)照仍呈上升的趨勢(shì)。3.隨著鎘脅迫濃度的增加,苗期水稻總酚含量呈增加的趨勢(shì),且在500?M鎘脅迫處理下總酚含量顯著增加(p0.05),總黃酮含量呈先降低后升高的趨勢(shì)。采用UPLC-Q-TOF-MS對(duì)鎘脅迫下水稻代謝物進(jìn)行了非靶向代謝分析,共鑒定出氨基酸類、有機(jī)酸類、酚類、糖類和苷類等物質(zhì)34種。其中,鎘脅迫下除L-苯丙氨酸外,其余3種氨基酸類物質(zhì)含量均低于對(duì)照組,且亮氨酸和天冬氨酸相對(duì)含量在鎘脅迫組中較對(duì)照組顯著降低(p0.05);高鎘脅迫下(500?M)7種有機(jī)酸含量達(dá)到最大值,其中甘油酸、蘋果酸、L-奎寧酸和葡萄糖酸的含量在高鎘處理下顯著增加(p0.05);12種酚類物質(zhì)中除咖啡酸、菜豆酸、山奈酚和二氫楊梅素外,其余8種酚類物質(zhì)含量均隨著鎘脅迫濃度的增加而增加,其中肉桂酸、原兒茶酸、阿魏酸、美迪紫檀素在高鎘脅迫下顯著增加(p0.05);多數(shù)糖類物質(zhì)的含量均隨著鎘脅迫濃度的增加而增加,而苷類物質(zhì)則隨著鎘濃度的增加呈降低的趨勢(shì)。結(jié)果表明,氨基酸、有機(jī)酸、酚類和糖類等物質(zhì)在水稻響應(yīng)鎘脅迫過(guò)程中起著重要的作用,尤其是參與苯丙氨酸代謝途徑的酚類物質(zhì)在鎘脅迫下變化較為劇烈。4.鎘脅迫對(duì)水稻種子的胚根和胚芽具有抑制作用,且對(duì)胚根的抑制作用明顯大于胚芽。利用建立的HPLC方法分析了水稻萌發(fā)過(guò)程中11種酚類化合物的變化,結(jié)果表明,水稻萌發(fā)過(guò)程中11種酚類物質(zhì)總量極顯著增加;其中,低濃度鎘(10?M)促進(jìn)原兒茶酸、綠原酸、咖啡酸和對(duì)香豆酸的合成,高濃度鎘(500?M)顯著抑制(p0.05)蘆丁、白藜蘆醇、肉桂酸、槲皮素和山奈酚的合成;萌發(fā)2 d(初期),在較高濃度鎘(?200?M)處理下,除阿魏酸、山奈酚和肉桂酸外,其余6種物質(zhì)含量均為最高;在萌發(fā)4 d(中期)和6 d(后期)多數(shù)酚類物質(zhì)含量隨著鎘濃度的增加呈下降趨勢(shì)。結(jié)果表明,鎘脅迫對(duì)水稻種子萌發(fā)具有抑制作用,并顯著影響其酚類物質(zhì)合成。5.對(duì)鎘脅迫下水稻檢測(cè)到的化合物進(jìn)行了代謝分析,將這些化合物富集到KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的生物途徑中,總共涉及到42條代謝途徑。其中在鎘脅迫下氨�；�-tRNA生物合成、丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代謝、半乳糖代謝、氰氨基酸代謝、氮代謝和甘氨酸-絲氨酸-蘇氨酸代謝6條途徑包含代謝物較多(p0.05)。這些途徑涉及到的主要是氨基酸代謝、有機(jī)酸代謝和糖代謝過(guò)程,以及苯丙氨酸代謝途徑的物質(zhì)。本文通過(guò)GC-MS、UPLC-Q-TOF-MS和HPLC三種技術(shù)對(duì)鎘脅迫下水稻進(jìn)行了代謝組學(xué)研究,共67種代謝物進(jìn)行了定性分析,并富集到相應(yīng)的代謝通路中。研究結(jié)果表明,水稻在鎘脅迫下可能是通提高氨基酸代謝、有機(jī)酸代謝和糖代謝中相關(guān)物質(zhì)含量,進(jìn)而改變糖酵解途徑、TCA和由莽草酸途徑衍生的苯丙酸類代謝過(guò)程,以提高自身抗鎘性,但隨著鎘脅迫濃度的增加,水稻可能主要是通過(guò)提高糖含量來(lái)提高耐鎘性或是促進(jìn)大量酚類物的合成以抵御鎘毒害造成的氧化損傷。
【學(xué)位單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X503.231;S511
【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

水稻幼苗表現(xiàn)出葉尖、葉鞘發(fā)黃、根變褐色的現(xiàn)象（見圖2.1），且隨著鎘脅迫濃度的增加該現(xiàn)象逐漸加劇。由表 2.1 可知，水稻的苗高、根長(zhǎng)、鮮重和干重均隨著鎘脅迫濃度的增加呈下降的趨勢(shì)，且各鎘脅迫處理組較對(duì)照均顯著降低（p<0.05），但在各鎘脅迫處理之間差異未達(dá)顯著水平。以上結(jié)果說(shuō)明鎘脅迫可導(dǎo)致水稻幼苗生長(zhǎng)遲緩、幼苗矮化和干物質(zhì)積累減少。雖然鎘是植物生長(zhǎng)非必需元素，但其容易被根吸收并通過(guò)木質(zhì)部運(yùn)輸?shù)綘I(yíng)養(yǎng)和繁殖器官，加以積累后，進(jìn)而影響植物的穩(wěn)態(tài)或抑制根和苗的生長(zhǎng)[2]。在鎘脅迫下，植物的側(cè)根的形成會(huì)受到抑制，而使主根變硬、扭曲和呈褐色，可能是因?yàn)樵阪k脅迫下植物根尖區(qū)域細(xì)胞無(wú)序分裂、表皮以及皮質(zhì)細(xì)胞層的異常增大[94]。圖 2.1 鎘脅迫下水稻幼苗生長(zhǎng)情況Fig. 2.1 Growth of rice seedlings under cadmium stress

圖 2.2 鎘脅迫下苗期水稻葉葉綠素(a)、脯氨酸(b)、可溶性糖(c)和可溶性蛋白(d)含量的變化不同的小寫字母表示差異顯著性（p<0.05）Fig. 2.2 The changes of chlorophyll (a), proline (b), soluble sugar (c) and soluble protein (d)content in seedling rice leaves under cadmium stress. Different lowercase letters indicatesignificant difference (p<0.05)
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 韓承華;嚴(yán)吳煒;朱麗麗;張路;李換平;江解增;周增輝;張娜;田秋芳;石如瓊;潘瑞瑞;劉野;;硒對(duì)鎘脅迫下豆瓣菜生長(zhǎng)、生理特性及鎘積累的影響[J];揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版);2017年01期

2 肖厚軍;芶久蘭;何佳芳;趙歡;;鎘脅迫下芹菜產(chǎn)量和氮、磷、鉀吸收及鎘積累量的變化[J];環(huán)境科技;2014年04期

3 王晶晶;楊春文;蔡赫;李然紅;張瑩瑩;馬威;;鎘脅迫對(duì)珍珠梅生理生態(tài)特征的影響[J];北方園藝;2010年13期

4 吳雙桃;朱慧;;鎘脅迫對(duì)水浮蓮幼苗生理功能的影響[J];工業(yè)安全與環(huán)保;2010年08期

5 關(guān)昕昕;嚴(yán)重玲;劉景春;敖子強(qiáng);;鈣對(duì)鎘脅迫下小白菜生理特性的影響[J];廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年01期

6 薛犖綺;溫子若;陳希;;鎘脅迫對(duì)玉米生理生化特性及品質(zhì)的影響[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2009年24期

7 張珂;厲萌萌;劉德權(quán);陳飛虎;馬闖;;鎘脅迫對(duì)小麥、玉米種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響[J];種子;2019年05期

8 喻華;馮文強(qiáng);秦魚生;涂仕華;;鎘脅迫對(duì)不同基因型水稻生長(zhǎng)和鎘吸收的影響[J];西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào);2013年03期

9 吳坤;吳中紅;邰付菊;韓瑩;謝寶恩;袁祖麗;;鎘脅迫對(duì)煙草葉激素水平、光合特性、熒光特性的影響[J];生態(tài)學(xué)報(bào);2011年16期

10 吳福忠;楊萬(wàn)勤;張健;周利強(qiáng);;鎘脅迫對(duì)桂花生長(zhǎng)和養(yǎng)分積累、分配與利用的影響[J];植物生態(tài)學(xué)報(bào);2010年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 關(guān)美艷;一氧化氮清除系統(tǒng)在擬南芥應(yīng)答鎘脅迫過(guò)程中的作用及其機(jī)制[D];浙江大學(xué);2018年

2 胡炎;東南景天對(duì)鎘脅迫的響應(yīng)和鎘再轉(zhuǎn)運(yùn)的生理與分子機(jī)制[D];浙江大學(xué);2019年

3 楊惠麟;鎘脅迫對(duì)擬環(huán)紋豹蛛的影響研究[D];湖南農(nóng)業(yè)大學(xué);2017年

4 鄧勇;硫化氫緩解紅麻重金屬鎘脅迫功能分析[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2019年

5 肖亞濤;冬小麥苗期對(duì)鎘脅迫的響應(yīng)及阻控機(jī)制研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2019年

6 任雯;玉米干旱脅迫和鎘毒害響應(yīng)蛋白鑒定與分析[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2018年

7 Basharat Ali;5-氨基乙酰丙酸緩解鎘脅迫下油菜植株生長(zhǎng)、生理、分子和超微結(jié)構(gòu)變化的作用機(jī)理研究[D];浙江大學(xué);2014年

8 張路;MIR156調(diào)控植物鎘脅迫耐受機(jī)制研究及應(yīng)用[D];安徽理工大學(xué);2017年

9 Mohamed Alpha Jalloh（賈�。�;不同氮源下鎘脅迫對(duì)水稻生長(zhǎng)和品質(zhì)形成的影響[D];浙江大學(xué);2008年

10 宋阿琳;小白菜對(duì)鎘脅迫的響應(yīng)及硅緩解鎘毒害的機(jī)制[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 習(xí)夏平;硫酸鹽對(duì)鎘脅迫下谷子幼苗生理的影響[D];山西大學(xué);2019年

2 韓洋洋;擬南芥mMDH2基因在調(diào)控鎘脅迫響應(yīng)中的功能研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2019年

3 凌瓏;外源施加甲基乙二醛和硫化氫對(duì)鎘脅迫旱柳抗氧化系統(tǒng)活性及抗逆基因表達(dá)的影響[D];遼寧大學(xué);2019年

4 張麗;外源施加鈣、一氧化氮對(duì)鎘脅迫下旱柳抗氧化系統(tǒng)活性及相關(guān)基因表達(dá)的影響[D];遼寧大學(xué);2019年

5 張瑛;磁化水處理對(duì)鎘脅迫下107楊生長(zhǎng)、生理特性及土壤微生態(tài)環(huán)境的影響[D];山東農(nóng)業(yè)大學(xué);2019年

6 桂賽玉;鎘脅迫下不同倍性鯽的抗逆性研究[D];湖南師范大學(xué);2017年

7 閆金朋;施用不同形態(tài)硒對(duì)鎘脅迫下水稻生長(zhǎng)及吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)鎘的影響[D];廣西大學(xué);2019年

8 董姬妃;外源氮對(duì)白三葉草的鎘毒害緩解效果的研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2018年

9 胡雪萍;水稻響應(yīng)鎘脅迫代謝組學(xué)研究[D];南昌大學(xué);2019年

10 油勇強(qiáng);叢枝菌根真菌-蘆葦共生體系對(duì)鋅鎘脅迫的響應(yīng)及轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2854194