【摘要】：近年來隨著工業(yè)化的發(fā)展,土壤鉛(Pb)的污染問題也日漸凸顯。土壤中的鉛可通過食物鏈進(jìn)入人體危害健康。因此,研發(fā)有效的技術(shù)或方法減控作物的鉛積累迫在眉睫。探明植物養(yǎng)分與鉛積累之間的關(guān)系,通過生物技術(shù)手段或遺傳育種途徑減控作物的鉛積累被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的策略。研究發(fā)現(xiàn),植物的鉛吸收可能與氮素營養(yǎng)密切相關(guān),但是關(guān)于氮素吸收系統(tǒng)在植物響應(yīng)鉛脅迫中的作用及其生理與分子機(jī)制尚不清楚。為此,本文以擬南芥野生型和硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白相關(guān)突變體為材料,運(yùn)用植物生理學(xué)、分子生物學(xué)等手段,研究了 NRTs在植物應(yīng)答Pb2+脅迫中的作用機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:首先采用無損傷微電極離子流量檢測(cè)系統(tǒng),研究了Pb2+脅迫下野生型擬南芥根系凈NO3-通量的變化。結(jié)果表明,Pb2+脅迫引起野生型擬南芥根系分生區(qū)、伸長(zhǎng)區(qū)、成熟區(qū)三個(gè)部位凈NO3-流入量顯著上升。進(jìn)一步研究顯示,Pb2+脅迫顯著促進(jìn)了野生型擬南芥根系中硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NRT1.1基因的表達(dá),其它硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NRT1.2、NRT2.1、NRT2.2和NRT2.4基因的表達(dá)量則無顯著變化。轉(zhuǎn)基因植物pNRT1.1::NRT1.1-GFP受到Pb2+脅迫后根部NRT1.1-GFP蛋白表達(dá)水平也顯著上升,而NRT1.1功能缺失突變體nrt1.1-1和chl1.5在受到Pb2+脅迫后根系三個(gè)部位凈NO3-通量并無顯著差異。這些結(jié)果說明Pb2+脅迫能夠通過促進(jìn)植物NRT1.1的活性增強(qiáng)根系的NO3-吸收。采用瓊脂平板培養(yǎng)的方法,進(jìn)一步研究了Pb2+脅迫對(duì)擬南芥野生型Col-0和NRT1.1功能缺失突變體nrt1.1-1和chl1.5生長(zhǎng)狀況及鉛積累水平的影響。結(jié)果顯示,Pb2+脅迫對(duì)nrt1.1-1和chl1.5突變體植株根系伸長(zhǎng)量的抑制顯著大于Col-0,突變體地下部和地上部鉛積累量顯著高于Col-0,另一NRT1.1功能缺失突變體chl1.6生長(zhǎng)狀況和鉛含量結(jié)果也與之相似。對(duì)Col-0、nrt1.1-1和chl1.5三種基因型植株膜脂過氧化損傷指標(biāo)(MDA含量)的測(cè)定中發(fā)現(xiàn),nrt1.1-1和chl1.5突變體植株質(zhì)膜損傷相比于Col-0更嚴(yán)重。當(dāng)NRT1.1功能得到回補(bǔ)的pNRT1.1::NRT1.1-GFP轉(zhuǎn)基因植株受到Pb2+脅迫時(shí),其表型和鉛積累水平與Col-0一致,這些結(jié)果說明NRT1.1通過抑制植物Pb2+吸收調(diào)控植物鉛耐性。此外,本論文也探究了Pb2+脅迫對(duì)于其他硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因突變體nrt1.2、nrt2.1、nrt2.2和nrt2.4與其對(duì)應(yīng)野生型Col-0或者Ler的影響,結(jié)果顯示野生型和突變體之間并無顯著性差異。這些結(jié)果說明NRT1.1參與的植物耐Pb2+脅迫響應(yīng)是一個(gè)相對(duì)專一的過程�；谏鲜鼋Y(jié)果,進(jìn)一步研究了 NRT1.1在調(diào)控植物耐鉛中的作用機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn),nrtl.1-1和chll.5突變體在受到Pb2+脅迫后其平板培養(yǎng)基根際pH顯著低于Col-0,基于GEO-CHEM系統(tǒng),對(duì)不同pH條件下Pb2+活度的理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)pH降低導(dǎo)致的Pb2+有效性提高很可能是nrtl.1-1和chl1.5突變體受到更嚴(yán)重Pb2+毒害的原因。為此,對(duì)MES緩沖pH條件下Col-0、nrt1.1-1和chl1.5三種基因型植株受到Pb2+脅迫后的生長(zhǎng)狀況及鉛積累水平也進(jìn)行了測(cè)定,發(fā)現(xiàn)pH緩沖條件使Pb2+對(duì)nrt1.1-1和chl1.5突變體的毒害得到顯著緩解,其鉛積累量和根際pH相比與Col-0的差異也顯著減少。這些結(jié)果說明Pb2+脅迫下植物根系NRT1.1表達(dá)上調(diào)從而抑制根際pH降低是植物具有較強(qiáng)鉛耐性的關(guān)鍵機(jī)制。另外,在不同硝銨比培養(yǎng)基對(duì)Col-0、nrt1.1-1和chW1.5三種基因型植株受Pb2+脅迫的影響研究中發(fā)現(xiàn),只有NO3-和NH4+共同供應(yīng)條件下,NRT1.1調(diào)控的植物耐Pb2+脅迫才起作用。為探明NO3-在植物耐Pb2+脅迫時(shí)所起的作用,我們也研究了 Pb2+脅迫對(duì)NO3-吸收功能缺失突變體chl1.9和NO3-感應(yīng)功能缺失突變體nlp7-2生長(zhǎng)狀況及鉛積累量的影響,結(jié)果表明NO3-吸收過程而非信號(hào)過程參與了植物耐Pb2+脅迫的響應(yīng)。綜合以上結(jié)果,我們認(rèn)為NRT1.1在植物耐Pb2+脅迫中的作用機(jī)制為:NO3-和NH4+共存條件下,Pb2+脅迫促進(jìn)NRT1.1介導(dǎo)的N03-吸收,NO3-吸收消耗H+引起植物根際pH上升,從而降低根際Pb2+有效性,減少植物對(duì)鉛的吸收。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：Q945.78
【圖文】：

．３N１鉛脅迫促進(jìn)根系硝酸鹽吸收逡逑以往研究表明，非生物逆境脅迫往往抑制植物根系對(duì)硝酸鹽的吸收（Ｍａｏ逡逑等，２０１４；邋Ｂａｉ等，２０１７）。本研究中，我們也首先評(píng)估了Ｐｂ２＋脅迫對(duì)擬南芥野逡逑生型植株Ｃｏｌ－０根系硝酸鹽吸收情況的影響。植物根系ＮＣＶ通量采用無損傷微逡逑電極系統(tǒng)測(cè)定，該系統(tǒng)通過探測(cè)膜外電位變化，可以非接觸地直接記錄植物根逡逑系不同部位的跨膜離子流入和流出量（Ｓｈａｂａｌａ等，１９９７邋）。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了擬南逡逑芥野生型植株Ｃｏｌ－０根系沿根軸線分生區(qū)、伸長(zhǎng)區(qū)、成熟區(qū)三個(gè)部位的跨膜凈逡逑ＮＣＶ通量。結(jié)果表明，盡管Ｐｂ２＋是對(duì)植株有毒害作用的重金屬離子，但在受到逡逑３００邋ｊｊＭ邋Ｐｂ２＋脅迫３邋ｄ后，植株根系３個(gè)測(cè)試部位均檢測(cè)到凈！＾０３＿流入增加（圖逡逑３－１），即Ｐｂ２＋脅迫能促進(jìn)擬南齊植株根系ＮＣＶ吸收。尤其是占根組織絕大部分逡逑的成熟區(qū)部位，其凈Ｎ０３＿流入量比其它２個(gè)測(cè)試部位都高，在Ｐｂ２＋脅迫后ＮＯ；Ｔ逡逑凈流入量大約是對(duì)照組的２倍。逡逑（Ａ）邐Ｍｅｒｉｓｔｅｍａｔｉｃ邋ｚｏｎｅ邐⑶邋Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ邋ｚｏｎｅ邐（0邋Ｍａｔｕｒａｔｉｏｎ邋ｚｏｎｅ逡逑

結(jié)果表明，在３００邋ｐＭＰｂ２＋處理３ｄ后，僅ＮＲＴ１．１基因表達(dá)量顯著增加，另逡逑外４個(gè)硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（ＮＲＴ１．２、ＮＲＴ２．１、ＮＲＴ２．２和ＮＲＴ２．４）基因表達(dá)量無逡逑顯著性變化（圖３－２邋）。這一結(jié)果表明ＮＲＴ１．１介導(dǎo)的Ｎ0ｒ吸收或許參與到了邋Ｐｂ２＋逡逑脅迫引起Ｎ０３＿吸收增加這一過程中。與此結(jié)果相一致

ｃ／ｚ／７．５和植株根系Ｎ０３＿通量的變化情況。結(jié)果表明，Ｐｂ２＋脅迫對(duì)抓７」突逡逑變體植株＃？系３個(gè)部位Ｎ０３＿凈流入量無顯著性影響，而在擬南芥野生型Ｃｏｌ－０植逡逑株中其影響是顯著的（圖３－４）。這些結(jié)杲表明Ｐｂ２＋脅迫下植物根系Ｎ０３＿吸收增逡逑加與誘導(dǎo)了邋ＮＲＴ１．１活性有關(guān)。逡逑（Ａ）邋Ｎｆｅｒｉｓｔｅｍａｔｉｃ邋ｚｏｎｅ邐（Ｂ）邋Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ邋ｚｏｎｅ邐（Ｃ）邋Ｍａｔｕｒａｔｉｏｎ邋ｚｏｎｅ逡逑Ｃｏｌ－０邋ｎｒｔｌ．１－１邋ｃｈｉ邋１．５邐Ｃｏｌ－０邋ｎｒｔｌ．１－１邋ｃｈｉ邋１．５邐Ｃｏｌ－０邋ｍ邋１．１－１邋ｃｈｉ邋１．５逡逑１邋－１００邋－邋－Ｊ邐邐｜邋－１００邋■邋ａ邐Ｉ＇１００邋＇邋丁逡逑Ｉ邋－１５０邋－邐＊邋：邐邋｜邋－１５０邋－邋�。澹哼婂澹保担板濉鲥义希阱澹玻埃板澹濉澹悖铮睿簦颍铮爝姡插澹玻埃板濉鲞姡冢玻埃板澹逻婂义希�？邋＿Ｐｂ邐３邐｜邐１邐＊邐？邐逡逑圖３－４Ｐｂ２＋脅迫對(duì)擬南芥Ｃｏｌ－０、《ｒｒ／．７－ｉ、植株根系分生區(qū)（Ａ）、伸長(zhǎng)區(qū)（Ｂ）、逡逑成熟區(qū)（Ｃ）凈Ｎ０３＿通量的影響。４－ｄ的幼苗被移到３０0ｎＭ（ＣＨ３ＣＯＯ）２Ｐｂ處理和對(duì)照培養(yǎng)逡逑基中

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2749726