【摘要】： 由于重金屬超積累植物在治理重金屬污染土壤方面,有廣闊的應(yīng)用前景,已引起國際土壤——植物營養(yǎng)學(xué)界和環(huán)境科學(xué)界的濃厚情趣和政府部門的高度重視。但目前對植物超積累重金屬機制認(rèn)識的不足限制了該技術(shù)的應(yīng)用和改良。東南景天(Sedum alfredii Hance)是在我國東南部地區(qū)一些古老的鉛鋅礦區(qū)發(fā)現(xiàn)的一種新的鋅/鎘超積累植物,同時對鉛具有富集作用。本研究以超積累東南景天為材料,以其他近緣種為對照,分析了鉛鋅礦區(qū)東南景天在長期的重金屬脅迫條件下,進(jìn)化成超積累植物后的基因組變異情況;以及利用cDNA-AFLP技術(shù)對超積累生態(tài)型東南景天在鋅超積累過程中的基因表達(dá)差異進(jìn)行研究;另外還采用水培方法,觀察超積景天在鋅鎘積累過程中的GSH、H_2O_2、總硫含量隨鋅鎘積累量的變化,探討了GSH和H_2O_2在超積累過程中的作用,取得的主要研究結(jié)果如下: 1.植物長期生長在重金屬污染的生境中,逐漸進(jìn)化成不同的生態(tài)型,利用我國原生的Zn/Cd超積累生態(tài)型東南景天(Hyperaccumulated ecotype:HE)為材料,以與其親緣關(guān)系較近的非超積累生態(tài)型東南景天(NHE)、圓葉景天(Sedum MakinoiMaxim:SMM)、凹葉景天(Sedum emarginatum Migo:SEM)、垂盆草(SedumSarmentoum Bunge:SSB)以及株芽景天(Sedum Bulbiferum Makino:SBM)為對照,利用RAPD方法,研究超積累生態(tài)型東南景天基因組變異的程度,并對部分超積累景天特有的PCR條帶進(jìn)行測序,分析特異基因片段與超積累的關(guān)系。遺傳進(jìn)化樹分析表明:六種不同生態(tài)型的景天可以分成兩組,其中兩種東南景天為一組,另外四種為一組;超積累生態(tài)型和野生型東南景天有著相似的遺傳背景,相似系數(shù)顯示變異程度已超過種的界限。說明污染土壤對植物的進(jìn)化有著非常大的影響;部分超積累景天特異PCR片段測序表明,ATP-硫�；�(ATP sulfuryase)、脫水調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白及一些未知基因片段可能與超積累性狀有一定的關(guān)系。 2.植物對重金屬鋅/鎘超積累與過氧化氫產(chǎn)生關(guān)系的研究表明,在1000uM Zn~(2+)或200uM Cd~(2+)處理條件下,超積累生態(tài)型東南景天地上部Zn~(2+)的積累量高于Cd~(2+)的積累量。地上部Zn~(2+)/Cd~(2+)積累時間動力學(xué)顯示在前15天,呈線形增加,隨后積累速度下降。同樣,地上部總硫、GSH以及H_2O_2的含量也是在前15天迅速增加,后10天逐漸下降。總硫和GSH的含量都是Cd~(2+)處理下較Zn~(2+)處理的高,而H_2O_2的含量則是Cd~(2+)處理下較Zn~(2+)處理的低;地上部Zn~(2+)含量變化與地上部GSH、總硫及H_2O_2變化趨勢相似,而Cd~(2+)則是在第5天時含量就達(dá)到最大,以后開始逐漸下降。以上結(jié)果推測:含硫有機物可能不是超積累生態(tài)型東南景天Zn~(2+)/Cd~(2+)積累的主要配體,GSH的功能主要是解除體內(nèi)游離態(tài)Zn~(2+)/Cd~(2+)的毒性,H_2O_2很可能是與超積累相關(guān)的一種信號分子。增加硫元素的供應(yīng)對提高zn~(2+)/Cd~(2+)的積累有一定的作用;東南景天對Zn~(2+)和Cd~(2+)的吸收和積累存在不同的調(diào)控機制。 3.為方便比較鋅超積累生態(tài)型東南景天在不同條件下的基因表達(dá)差異,需要克隆一個穩(wěn)定表達(dá)的基因作為對照。在本試驗中,利用設(shè)計的兼并引物通過PCR方法獲得了一段actin基因的序列,然后根據(jù)獲得的序列再通過3′-RACE和5′-RACE方法,得到了全長的actin基因序列;克隆得到的actin基因全長為1418bp,預(yù)測的編碼區(qū)域為1131bp,編碼377個氨基酸。 4利用cDNA-AFLP(cDNA擴增長度片段多態(tài)性:cDNA-amplified fragment lengthpolymorphism)方法,研究了我國原生的東南景開在鋅超積累過程中的基因表達(dá)差異。結(jié)果表明:隨著處理時間的增加,地上部鋅含量也呈逐漸增加趨勢;在5個時間點的多態(tài)性電泳圖中,共出現(xiàn)4000多個條帶,其中約有100個左右的轉(zhuǎn)錄差異片段(TDFs:transcript-derived fragments),并成功克隆了87個TDFs。;經(jīng)數(shù)據(jù)庫對比分析,其中有47個與已知或假定的基因存著明顯的同源性,6個與未知功能的基因有同源性,34個與數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)有的基因沒有明顯的相似性。隨機地從87個克隆片段中的選取23個做Real-time PCR驗證,有16個表達(dá)譜與cDNA-AFLP完全相同;在38個與現(xiàn)有已知功能基因相似的片段中,按照功能可分成轉(zhuǎn)錄因子、脅迫響應(yīng)、轉(zhuǎn)錄促進(jìn)、細(xì)胞和組織代謝、光合作用、表達(dá)調(diào)節(jié)以及混合功能等幾類;34個沒有同源性的和15個與未知功能基因(假定的基因和未知功能的基因)同源的加在一起共有49個,占總數(shù)87個的56.3%。說明植物的超積累能力,與許多目前尚不清楚的基因有關(guān)。在38個能通過BLAST方法確定具體功能的TDFs中,包含有信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、脅迫響應(yīng)、轉(zhuǎn)錄因子、表達(dá)調(diào)節(jié)等各種類型,表明東南景天鋅超積累過程需要各種類型的酶系參與,鋅超積累性狀的形成包括復(fù)雜的信號通路和生理生化代謝途徑。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：X173;Q943
【圖文】：

這14個引物用于隨后的RAPD實驗(表4.3)。在這14個引物中，每個引物能擴增出7一14個條帶，共擴增出l犯個條帶，其中20條是共有的，112個多態(tài)性的條帶，多態(tài)性比率為85.85%，部分RAPD電泳圖被展示在圖4.2。這些電泳結(jié)果被轉(zhuǎn)換成O、1數(shù)據(jù)，用以計算相似系數(shù)和構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹。圖 4.1DNA提取，從左到右依次是:HE，HZ，DMS，SSB，SEM， SBMandSMM Figure4.1DNAextraetion.Thelanefromlefttoright:HE

+/c矛+處理不同時間對超積累生態(tài)型東南景天地上部zn2+/c響Time一dePendeniZ可CdaeeumulationintheshOotofhyPeraceua咖diiH.ZZZZZZZZZZZn/Cd處理不同時間下根中的Zn/Cd積累量量側(cè)側(cè)側(cè)叫卜一Zn廠廠口口口-月卜.一Cd卜.叫卜一Zn}}}5555555000卜，尹洲產(chǎn)、、‘~‘二-一二之習(xí)習(xí)沁沁4000卜/~、‘‘吧吧3000卜///222000卜/產(chǎn)卜一一一~.卜一一一一.卜~~~~111000卜又///

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 吳麗麗;小黑楊莖和葉的基因差異表達(dá)分析[D];東北林業(yè)大學(xué);2011年

2 梁俊;ATP硫�；概c東南景天鎘超積累作用的研究[D];浙江師范大學(xué);2008年

本文編號：2735998