土壤重金屬污染是一個(gè)全球性的問(wèn)題,對(duì)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)乃至人們的健康是一個(gè)巨大的威脅。植物修復(fù)具有成本低、生態(tài)友好等優(yōu)勢(shì),成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。苧麻(Boehmeria nivea L.)為是我國(guó)特有的纖維作物,不進(jìn)入食物鏈,具有生長(zhǎng)速度快、生物量大、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。篩選適用于重金屬修復(fù)與利用的苧麻品種,具有很高的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值。同時(shí),目前國(guó)內(nèi)外對(duì)苧麻耐受重金屬的機(jī)制研究較少,開(kāi)展苧麻重要鎘響應(yīng)基因的克隆、表達(dá)及功能研究,對(duì)于苧麻富集重金屬品種的改良與耐受機(jī)制研究具有重要意義。 本研究首先采用大田試驗(yàn)研究了不同苧麻栽培品種對(duì)鎘、鉛復(fù)合污染的修復(fù)與利用基因型差異以及苧麻間作蜈蚣草模式對(duì)鉛、砷復(fù)合污染土壤的修復(fù)效果。其次,克隆了苧麻抗壞血酸過(guò)氧化物酶(BnAPXl)、谷胱甘肽還原酶(BnGR1)和植物螯合肽合成酶(BnPCS1)基因,對(duì)這3個(gè)基因的表達(dá)特性進(jìn)行了分析；構(gòu)建了這3個(gè)基因的原核表達(dá)載體和植物過(guò)表達(dá)載體,并將BnPCSl基因轉(zhuǎn)化擬南芥,進(jìn)行了基因功能研究。主要研究結(jié)果如下： 1、在Cd、Pb復(fù)合污染土壤中,7個(gè)苧麻品種生長(zhǎng)表現(xiàn)良好,其中中苧1號(hào)原麻產(chǎn)量顯著高于其他品種。Cd在苧麻各部位的分布表現(xiàn)為：麻殼根骨葉原麻,Pb在苧麻各部位的分布表現(xiàn)為：根葉麻殼麻骨原麻。中苧1號(hào)地上部對(duì)Cd的提取效率為2.95%,顯著高于其他品種。采用苧麻修復(fù)臨湘鎘、鉛復(fù)合污染土壤,種植中苧1號(hào)可獲得最好的污染土壤修復(fù)效果與經(jīng)濟(jì)收入。 2、考慮重金屬污染土壤的修復(fù)與利用,在正常間作密度下,苧麻和蜈蚣草地上部對(duì)Pb和As的提取效率均高于苧麻單作和低密度間作,同時(shí)可每畝每年可獲得較高的經(jīng)濟(jì)收入,是修復(fù)和利用Pb、As復(fù)合污染土壤的最佳種植模式。蜈蚣草單作對(duì)As的提取效率顯著高于苧麻單作和苧麻與蜈蚣草間作。在苧麻低種植密度下間作蜈蚣草,單位面積內(nèi)苧麻的地上部生物量和原麻產(chǎn)量均顯著降低,與苧麻間作顯著降低了蜈蚣草的地上部生物量。正常密度下間作可以顯著提高苧麻地上部Pb含量與積累量。與苧麻間作方式下,蜈蚣草的Pb和As積累量均顯著低于蜈蚣草單作(P)。 3、克隆了鎘脅迫響應(yīng)的主要代謝途徑苧麻BnAPX1、BnGR1以及BnPCS1基因的全長(zhǎng)cDNA序列。苧麻BnAPX1cDNA全長(zhǎng)為1201bp,ORF為870bp,編碼一個(gè)31.4kD的APX蛋白,具有血紅素結(jié)合位點(diǎn)、底物結(jié)合位點(diǎn)和K+結(jié)合位點(diǎn)。BnGRlcDNA全長(zhǎng)為1977bp, ORF為1494bp,編碼一個(gè)53.7kDa的GR蛋白,具有1個(gè)吡啶核苷酸-二硫化物氧化還原酶class Ⅰ活性位點(diǎn)、1個(gè)NADP結(jié)合位點(diǎn)、1個(gè)FAD結(jié)合位點(diǎn)、2個(gè)GSSG結(jié)合位點(diǎn)和1個(gè)胞質(zhì)GR特殊結(jié)構(gòu)域。BnPCS1cDNA全長(zhǎng)為1956bp, ORF為1512bp,編碼一個(gè)56.02kDa的PCS蛋白,具有PCS蛋白典型的C358c359XXC363XXC366結(jié)構(gòu)域以及3個(gè)活性必需氨基酸(Cys56、His162和Asp180)。 4、組織特異性分析表明,苧麻BnAPX1、BnGR1和BnPCSl基因在根、莖、莖尖、幼葉、成熟葉中均有表達(dá),但不同器官之間的表達(dá)量存在差異。BnAPXl基因在幼葉中的表達(dá)量較高,莖中表達(dá)量最低；BnGR1基因在成熟葉中的表達(dá)量最高,在幼葉中次之,在莖中表達(dá)量最低；BnPCS1基因在成熟葉中的表達(dá)量最高,莖中表達(dá)量最低。BnAPX1、BnGR1基因均受Cd脅迫及ABA、SA處理的誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá), BnPCS1基因受Cd脅迫及ABA的誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá)。 5、構(gòu)建了苧麻BnAPX1、BnGR1和BnPCSl基因的原核表達(dá)載體pQE-N1-BnAPX1、 pGEX-4T-BnGR1和pGEX-4T-BnPCS1,并在大腸桿菌BL21中成功誘導(dǎo)表達(dá),誘導(dǎo)出的蛋白分子量大小分別為31.4、53.7和56KD左右,與預(yù)期大小一致。構(gòu)建了苧麻BnAPX1、BnGR1和BnPCS1基因的植物表達(dá)載體,并轉(zhuǎn)化根癌農(nóng)桿菌,獲得了轉(zhuǎn)BnPCS1基因擬南芥,研究了BnPCS1基因的功能,證明其具有提高鎘耐性的功能。
【學(xué)位單位】：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類(lèi)】：X53;X173
【部分圖文】：

植物PCs對(duì)Cd的解毒過(guò)程[i5i]

品種圖2.】芒麻不同器官Cd含量Fig.2.1 Cd concentrations of diferent organs from ramie grown on Cd-Pb contaminated cropland2.2.2鉛在芒麻各器官的分布對(duì)供試品種各器官的Pb含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖2.2所示。Pb在芒麻各部位分

2.2.2鉛在芒麻各器官的分布對(duì)供試品種各器官的Pb含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖2.2所示。Pb在芒麻各部位分布的總體趨勢(shì)為：根（12.73 mg/kg) >葉片（12.12 mg/kg)〉麻殼（10.86 nig/kg) >麻骨（3.59 mg/kg)〉原麻（1.61 mg/kg)。根、葉片和麻殼Pb含量差異不顯著（p〉0.05)，均顯著高于麻骨和原麻（;?<0.05)。22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2834552