【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入人體危害健康。因此,研發(fā)有效的技術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系,通過生物技術手段或遺傳育種途徑減控作物的鉛積累被認為是一種經濟、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,但是關于氮素吸收系統(tǒng)在植物響應鉛脅迫中的作用及其生理與分子機制尚不清楚。為此,本文以擬南芥野生型和硝酸鹽轉運蛋白相關突變體為材料,運用植物生理學、分子生物學等手段,研究了 NRTs在植物應答Pb2+脅迫中的作用機制。主要研究結果如下:首先采用無損傷微電極離子流量檢測系統(tǒng),研究了Pb2+脅迫下野生型擬南芥根系凈NO3-通量的變化。結果表明,Pb2+脅迫引起野生型擬南芥根系分生區(qū)、伸長區(qū)、成熟區(qū)三個部位凈NO3-流入量顯著上升。進一步研究顯示,Pb2+脅迫顯著促進了野生型擬南芥根系中硝酸鹽轉運蛋白NRT1.1基因的表達,其它硝酸鹽轉運蛋白NRT1.2、NRT2.1、NRT2.2和NRT2.4基因的表達量則無顯著變化。轉基因植物pNRT1.1::NRT1.1-GFP受到Pb2+脅迫后根部NRT1.1-GFP蛋白表達水平也顯著上升,而NRT1.1功能缺失突變體nrt1.1-1和chl1.5在受到Pb2+脅迫后根系三個部位凈NO3-通量并無顯著差異。這些結果說明Pb2+脅迫能夠通過促進植物NRT1.1的活性增強根系的NO3-吸收。采用瓊脂平板培養(yǎng)的方法,進一步研究了Pb2+脅迫對擬南芥野生型Col-0和NRT1.1功能缺失突變體nrt1.1-1和chl1.5生長狀況及鉛積累水平的影響。結果顯示,Pb2+脅迫對nrt1.1-1和chl1.5突變體植株根系伸長量的抑制顯著大于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生長狀況和鉛含量結果也與之相似。對Col-0、nrt1.1-1和chl1.5三種基因型植株膜脂過氧化損傷指標(MDA含量)的測定中發(fā)現(xiàn),nrt1.1-1和chl1.5突變體植株質膜損傷相比于Col-0更嚴重。當NRT1.1功能得到回補的pNRT1.1::NRT1.1-GFP轉基因植株受到Pb2+脅迫時,其表型和鉛積累水平與Col-0一致,這些結果說明NRT1.1通過抑制植物Pb2+吸收調控植物鉛耐性。此外,本論文也探究了Pb2+脅迫對于其他硝酸鹽轉運蛋白基因突變體nrt1.2、nrt2.1、nrt2.2和nrt2.4與其對應野生型Col-0或者Ler的影響,結果顯示野生型和突變體之間并無顯著性差異。這些結果說明NRT1.1參與的植物耐Pb2+脅迫響應是一個相對專一的過程�；谏鲜鼋Y果,進一步研究了 NRT1.1在調控植物耐鉛中的作用機制。結果發(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),對不同pH條件下Pb2+活度的理論計算發(fā)現(xiàn)pH降低導致的Pb2+有效性提高很可能是nrtl.1-1和chl1.5突變體受到更嚴重Pb2+毒害的原因。為此,對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+脅迫后的生長狀況及鉛積累水平也進行了測定,發(fā)現(xiàn)pH緩沖條件使Pb2+對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。這些結果說明Pb2+脅迫下植物根系NRT1.1表達上調從而抑制根際pH降低是植物具有較強鉛耐性的關鍵機制。另外,在不同硝銨比培養(yǎng)基對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+共同供應條件下,NRT1.1調控的植物耐Pb2+脅迫才起作用。為探明NO3-在植物耐Pb2+脅迫時所起的作用,我們也研究了 Pb2+脅迫對NO3-吸收功能缺失突變體chl1.9和NO3-感應功能缺失突變體nlp7-2生長狀況及鉛積累量的影響,結果表明NO3-吸收過程而非信號過程參與了植物耐Pb2+脅迫的響應。綜合以上結果,我們認為NRT1.1在植物耐Pb2+脅迫中的作用機制為:NO3-和NH4+共存條件下,Pb2+脅迫促進NRT1.1介導的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,減少植物對鉛的吸收。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：Q945.78
【圖文】：

．３N１鉛脅迫促進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，我們也首先評估了Ｐｂ２＋脅迫對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)測定，該系統(tǒng)通過探測膜外電位變化，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）。本實驗測定了擬南逡逑芥野生型植株Ｃｏｌ－０根系沿根軸線分生區(qū)、伸長區(qū)、成熟區(qū)三個部位的跨膜凈逡逑ＮＣＶ通量。結果表明，盡管Ｐｂ２＋是對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個測試部位均檢測到凈！＾０３＿流入增加（圖逡逑３－１），即Ｐｂ２＋脅迫能促進擬南齊植株根系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個測試部位都高，在Ｐｂ２＋脅迫后ＮＯ；Ｔ逡逑凈流入量大約是對照組的２倍。逡逑（Ａ）邐Ｍｅｒｉｓｔｅｍａｔｉｃ邋ｚｏｎｅ邐⑶邋Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ邋ｚｏｎｅ邐（0邋Ｍａｔｕｒａｔｉｏｎ邋ｚｏｎｅ逡逑

結果表明，在３００邋ｐＭＰｂ２＋處理３ｄ后，僅ＮＲＴ１．１基因表達量顯著增加，另逡逑外４個硝酸鹽轉運蛋白（ＮＲＴ１．２、ＮＲＴ２．１、ＮＲＴ２．２和ＮＲＴ２．４）基因表達量無逡逑顯著性變化（圖３－２邋）。這一結果表明ＮＲＴ１．１介導的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。與此結果相一致

ｃ／ｚ／７．５和植株根系Ｎ０３＿通量的變化情況。結果表明，Ｐｂ２＋脅迫對抓７」突逡逑變體植株＃？系３個部位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）。這些結杲表明Ｐｂ２＋脅迫下植物根系Ｎ０３＿吸收增逡逑加與誘導了邋ＮＲＴ１．１活性有關。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－邋丁＊邋：邐邋｜－１５０邋■逡逑Ｚ邋－２００邋－邋—邋ｃｏｎｔｒｏｌ邐２邋－２００邋■邐Ｚ－２００邋＇下邐逡逑ｚ邋？邋＿Ｐｂ邐３邐｜邐１邐＊邐？邐逡逑圖３－４Ｐｂ２＋脅迫對擬南芥Ｃｏｌ－０、《ｒｒ／．７－ｉ、植株根系分生區(qū)（Ａ）、伸長區(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處理和對照培養(yǎng)逡逑基中

【參考文獻】

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本文編號：2749726