本文關(guān)鍵詞：擬南芥XCD1在鋅脅迫調(diào)控中的功能研究

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【摘要】：隨著人口快速增長、工業(yè)的發(fā)展、工廠及生活廢棄物的排放以及農(nóng)業(yè)化肥農(nóng)用藥物等施用量的不斷增加,許多有害有毒物質(zhì)不斷進入土壤系統(tǒng),使得土壤重金屬污染已成為一個全球性的嚴(yán)重的環(huán)境問題。鋅作為全球公認的重金屬元素之一,在其污染土壤中會通過土壤—糧食—人和土壤—蔬菜—人這些食物鏈進行積累、遷移和傳遞,最終會嚴(yán)重威脅到人體健康。植物修復(fù)是解決土壤鋅污染的重要途徑之一,而將植物修復(fù)技術(shù)與基因工程技術(shù)結(jié)合,并應(yīng)用于解決土壤重金屬鋅污染問題,則是本文研究的主要內(nèi)容,而該研究的關(guān)鍵在于對植物耐受鋅毒害及其積累的分子機理的認識,及其在實踐中的應(yīng)用效果研究。本研究基于前期工作, 利用已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的一個擬南芥基因XCD1(At3g10890),在該基因缺失時,擬南芥植株對鋅較為敏感,而XCD1的過量表達植株,對鋅的耐受性明顯增強。為進一步研究該基因的在鋅脅迫下的作用機理,對XCD1在植物應(yīng)對重金屬鋅脅迫過程中的生物學(xué)功能進行了研究。主要研究結(jié)果如下：(1)在正常生長條件下,野生型和XCD1敲除突變體xcdl-1、xcdl-2及XCDl過量表達株系XCD1OE4、XCD1OE5的生長沒有顯著差異；在Zn脅迫下,突變體xcdl-1、xcdl-2表現(xiàn)為對鋅脅迫敏感,過量表達株系XCD1OE4、 XCD1OE5表現(xiàn)為對為對鋅脅迫耐受,且根長和鮮重數(shù)據(jù)顯示規(guī)律也與表型規(guī)律一致,表明XCD1正向調(diào)控鉛脅迫響應(yīng)。(2)利用組織活性染色和qRT-PCR方法對XCD1的組織特異性表達進行了分析,發(fā)現(xiàn)該基因在擬南芥各個組織中均有表達,其中在根和花中的表達量相對較高。(3)鋅含量分析表明,XCD1過量表達株系中鋅的含量相比野生型中鋅的含量有所增加,而xcdl突變體株系xcdl-1、xcdl-2吸收的鋅含量就要比野生型株系中低,并且大部分的鋅都積累在根部。上述這種差異主要體現(xiàn)在根中,野生型,突變體和過表達株系莖部的鋅含量基本無差異。(4)進一步分析了擬南芥中與鋅脅迫相關(guān)的下游基因的表達水平,發(fā)現(xiàn)xcdl突變體經(jīng)重金屬鋅脅迫處理后GSH1、GSH2、PCS1和PCS2基因的轉(zhuǎn)錄水平與與野生型相比顯著增加,表明XCD1可能通過調(diào)控GSH依賴的PC成途徑來增加植物對鋅的耐受。(5)為了進一步確認XCD1調(diào)控植株鋅耐受的途徑,我們測定了野生型、xcdl突變體和XCD1過量表達株系中谷胱甘肽的含量(GSH+2GSSG)及植物螯合肽(PC)的含量,測定結(jié)果顯示在過量表達株系中植物螯合肽(PC)的含量明顯高于野生型,而在xcdl突變體中植物螯合肽(PC)的含量較野生型中低。由此我們得出結(jié)論,XCD1可以通過谷胱甘肽依賴的植物螯合肽合成途徑來調(diào)控植物鋅的耐受和積累。(6)在前人研究中發(fā)現(xiàn),甘露糖作為XCD1的產(chǎn)物,可能作為信號分子,參與XCD1介導(dǎo)的Cd的耐受的調(diào)控。在本文中我們也研究了外源甘露糖施加對于植物鋅脅迫的響應(yīng),結(jié)果表明,外源甘露糖能夠恢復(fù)xcdl突變體在鋅脅迫下的敏感表型,且能夠增加還原型谷胱甘肽GSH含量及植物螯合肽含量,植物體內(nèi)積累的鋅含量也同時增加。(7)我們還采用水培試驗驗證甘露糖在實際工作中的應(yīng)用,實驗發(fā)現(xiàn)水培條件下外源加入甘露糖的株系中,鋅的積累量由16.33mg/g上升至21.28mg/g,結(jié)果表明甘露糖在重金屬污染修復(fù)方面具有巨大的潛力。
【關(guān)鍵詞】：擬南芥 鋅污染 XCD1 GSH-PC途徑 解毒機制
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X53;X173
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-16
• 第一章 緒論16-24
• 1.1 土壤重金屬污染16-18
• 1.1.1 土壤重金屬污染及其現(xiàn)狀16-17
• 1.1.2 鋅污染及其現(xiàn)狀17-18
• 1.2 鋅污染對土壤及植物的危害18-20
• 1.2.1 對土壤的危害18
• 1.2.2 對植物的危害18-20
• 1.3 植物對重金屬的積累和耐性機制20-23
• 1.3.1 植物對重金屬的耐性機制21
• 1.3.2 重金屬在植物體內(nèi)的積累方式21-23
• 1.4 本研究的目的及意義23-24
• 第二章 材料與方法24-36
• 2.1 實驗材料24
• 2.1.1 植物材料24
• 2.1.2 菌株與質(zhì)粒24
• 2.2 主要試劑24-25
• 2.2.1 常用酶類24
• 2.2.2 常用試劑盒24-25
• 2.2.3 常用生化試劑25
• 2.3 常用溶液與試劑的配制25-28
• 2.3.1 1/2MS培養(yǎng)基(PH=7.0)25
• 2.3.2 擬南芥土培營養(yǎng)液(MOL/L)25-26
• 2.3.3 LB培養(yǎng)基(PH=7.0)26
• 2.3.4 SOB培養(yǎng)基(PH=7.0)26
• 2.3.5 50×TRIS-乙酸(TAE)緩沖液26-27
• 2.3.6 2%CTAB緩沖液27
• 2.3.7 擬南芥植株侵染緩沖液(500ML,PH=5.7)27
• 2.3.8 其他試劑27-28
• 2.4 主要設(shè)備、儀器28-29
• 2.5 實驗方法29-36
• 2.5.1 種子滅菌29
• 2.5.2 擬南芥的種植與培養(yǎng)29-31
• 2.5.3 根長與鮮重的測量31
• 2.5.4 鋅含量的測定31
• 2.5.5 谷胱甘肽和植物螯合肽含量測定31-33
• 2.5.6 GUS染色33
• 2.5.7 植物基因組DNA的提取(CTAB法)33-34
• 2.5.8 基因定量RT-PCR34-36
• 第三章 結(jié)果與討論36-56
• 3.1 野生型、突變體、XCD1過量表達株系在正常條件下的發(fā)育狀況36-38
• 3.1.1 土壤生長條件下的表型分析36-37
• 3.1.2 培養(yǎng)皿生長條件下的表型分析37-38
• 3.2 XCD1功能缺失突變體XCD1-1、XCD1-2對鋅敏感的表型38-39
• 3.3 XCD1過量表達增加鋅的耐受39-41
• 3.4 XCD1能被鋅誘導(dǎo)表達41
• 3.5 XCD1的組織特異性表達41-42
• 3.6 XCD1通過調(diào)控GSH依賴的PCS合成途徑增加鋅的耐受42-47
• 3.6.1 野生型、XCD1突變體和XCD1過量表達株系中鋅的含量42-43
• 3.6.2 野生型、XCD1突變體、XCD1過量表達株系鋅脅迫相關(guān)基因表達43-45
• 3.6.3 野生型、XCD1突變體和XCD1過量表達株系鋅脅迫下谷胱甘肽含量45-46
• 3.6.4 野生型、XCD1突變體和XCD1過量表達株系鋅脅迫下植物螯合肽含量46-47
• 3.7 甘露糖參與XCD1介導(dǎo)的鋅耐受的調(diào)控47-49
• 3.7.1 外源甘露糖增加XCD1突變體對鋅脅迫的耐受47-49
• 3.8 甘露糖通過調(diào)控谷胱甘肽依賴的植物螯合肽合成途徑增加鋅的耐受49-53
• 3.8.1 鋅脅迫下外源甘露糖處理增加野生型中鋅含量49-50
• 3.8.2 外源甘露糖處理鋅脅迫相關(guān)基因表達50-52
• 3.8.3 鋅脅迫下外源甘露糖處理野生型中谷胱甘肽含量52-53
• 3.8.4 外源施加甘露糖時野生型株系鋅脅迫下植物螯合肽含量53
• 3.9 水培處理下甘露糖的施加增加擬南芥植株對鋅的吸收53-54
• 3.10 小結(jié)54-56
• 第四章 結(jié)論與展望56-58
• 4.1 結(jié)論56-57
• 4.2 展望57-58
• 參考文獻58-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動及成果倩況65

【相似文獻】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 劉云蕾;擬南芥XCD1在鋅脅迫調(diào)控中的功能研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2016年

2 柏曉婭;XCD1基因調(diào)控擬南芥抗鎘的機理研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2013年

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本文編號：672027