本文選題：東南景天 + 鎘超積累　； 參考：《浙江大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)是一項(xiàng)具有廣闊應(yīng)用前景的新興技術(shù),在土壤重金屬污染治理中具有極大的潛在價(jià)值。東南景天(Sedum alfredii Hance)是在我國本土發(fā)現(xiàn)的鋅/鎘超積累植物,研究顯示有較好的潛力和應(yīng)用前景。本研究以超積累生態(tài)型東南景天(HE)為材料,以非超積累生態(tài)型東南景天(NHE)為對(duì)照,采用營養(yǎng)液培養(yǎng)法,運(yùn)用實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù)、HPLC技術(shù)、激光共聚焦技術(shù)和ICP-MS等,研究了甘氨酸甜菜堿(GB,以下簡稱甜菜堿)和硫代謝在東南景天鎘耐性和積累中的作用,取得的主要研究結(jié)果如下:1.采取水培試驗(yàn)探索了甜菜堿與東南景天鎘耐性和積累的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明:外源甜菜堿能促進(jìn)鎘脅迫下東南景天的生長,在HE中,400μM鎘處理時(shí)東南景天葉片出現(xiàn)部分失綠現(xiàn)象,外源甜菜堿使植株葉片一定程度上復(fù)綠;在NHE中,20μM鎘處理使植株出現(xiàn)倒伏、葉片脫落,外源甜菜堿能使鎘脅迫下的植物保持正常生長,并且顯著增加植株地上部生物量。外源甜菜堿能普遍增加?xùn)|南景天植株體內(nèi)鎘含量,在HE中,在10、20、100、400μM 4個(gè)鎘處理水平下,外源甜菜堿使植株地上部鎘含量分別增加了16.8%、33.2%、6.3%和119.9%,根部鎘含量分別增加了161.9%、17.6%、2.7%和58.6%;在NHE中,在2、10、20μM 3個(gè)鎘處理濃度下,外源甜菜堿使植株地上部鎘含量分別增加了6.3%、62.3%和128.3%,根部鎘含量則分別減少了5.5%和增加了7.8%和61.3%。兩種生態(tài)型東南景天葉片甜菜堿含量隨著鎘處理濃度的增加而表現(xiàn)出增加的趨勢,在400μM鎘處理時(shí),超積累生態(tài)型東南景天葉片中甜菜堿含量是對(duì)照葉片中甜菜堿含量的6.2倍,非超積累生態(tài)型東南景天在20μM鎘處理時(shí)葉片甜菜堿含量是對(duì)照葉片中甜菜堿含量的1.8倍。對(duì)比兩種生態(tài)型東南景天甜菜堿含量,在20μ鎘處理時(shí)HE的甜菜堿含量是NHE的2倍。外源甜菜堿能顯著提高植株葉片的甜菜堿含量,所有東南景天處理葉片甜菜堿含量均顯著增加。這些結(jié)果表明,甜菜堿是東南景天應(yīng)對(duì)鎘脅迫的一種應(yīng)答機(jī)制,但是內(nèi)源產(chǎn)生的甜菜堿不足,而外源甜菜堿能顯著增強(qiáng)東南景天的鎘耐性并增加?xùn)|南景天對(duì)鎘的積累。2.利用水培試驗(yàn),對(duì)鎘脅迫下東南景天甜菜堿醛脫氫酶(BADH)基因表達(dá)和酶活性在鎘處理后的變化、外源甜菜堿對(duì)東南景天抗氧化酶和轉(zhuǎn)運(yùn)子基因表達(dá)、外源甜菜堿對(duì)東南景天氧化物含量和鎘在莖中的分布進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:HE在鎘脅迫下葉片BADH活性增強(qiáng),BADH基因表達(dá)在高濃度鎘處理時(shí)顯著增強(qiáng);在NHE中,葉片BADH活性只在鎘處理后短時(shí)間內(nèi)增強(qiáng),BADH基因表達(dá)未受到鎘處理的影響。HE葉片兩種SOD基因在20μM鎘處理及甜菜堿處理時(shí)表達(dá)量均無明顯變化,而CAT基因表達(dá)受到鎘和甜菜堿的顯著上調(diào);在NHE中,外源甜菜堿能增強(qiáng)兩種SOD和CAT基因表達(dá),同時(shí)又能降低鎘處理后這些抗氧化酶基因的上調(diào)程度。甜菜堿處理能顯著增加鎘處理時(shí)東南景天葉片金屬離子ATP酶2(HMA2)的表達(dá)量,而對(duì)金屬耐性蛋白(MTP1)基因表達(dá)無顯著影響。外源甜菜堿能顯著降低兩種生態(tài)型東南景天葉片中因鎘脅迫產(chǎn)生的MDA、過氧化氫(H2O2)和超氧陰離子(O2-)。外源甜菜堿處理還使兩種生態(tài)型東南景天莖中的鎘分布發(fā)生變化,鎘都有向中柱集中的趨勢。這些研究結(jié)果表明,外源甜菜堿通過提高植物抗氧化能力和促使鎘規(guī)律分布來增強(qiáng)植株鎘耐性,通過提高鎘轉(zhuǎn)運(yùn)子表達(dá)量來增加植株鎘積累量。3.利用Genebank中其他物種的硫代謝酶氨基酸序列,在線設(shè)計(jì)合成了硫代謝幾個(gè)關(guān)鍵酶基因的兼并引物,克隆了以上基因的片段,利用實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù)研究了鎘對(duì)東南景天5個(gè)硫代謝酶和硫腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)、煙酰胺合成酶(NAS)基因表達(dá)的影響,結(jié)果表明:ATPS、PCS、NAS三個(gè)基因?qū)︽k處理有較為明顯的響應(yīng),而且在HE中均較NHE明顯,在超積累東南景天中,PCS在鎘處理濃度為400μM時(shí)表達(dá)量比其他處理都高,但在10、100μ時(shí)變化不明顯。NAS在HE中,從鎘處理24 h后根部表達(dá)量開始上升,到鎘處理8天后地上部和根部表達(dá)量都顯著上升,在100μM鎘處理8天的根系中,NAS基因表達(dá)量是對(duì)照的19.5倍;在NHE中,葉片NAS基因在鎘處理后表達(dá)量也顯著上升,但是根部卻顯著降低。NAS基因表達(dá)在東南景天的地上部和根部差異巨大,根部表達(dá)量顯著高于地上部;在HE中,100μM鎘處理8天后,根部NAS基因表達(dá)量顯著增加達(dá)到地上部的3171倍,NHE中最大差異是45.3倍。在10μM鎘處理下,HE根部NAS表達(dá)量是NHE根部的141倍,但是兩種生態(tài)型地上部NAS基因表達(dá)差異不大。這些研究結(jié)果表明,HE能在鎘處理時(shí)激活硫代謝酶基因表達(dá),植物螯合肽(PCs)并非低濃度鎘處理時(shí)東南景天的主要解毒手段,NA在東南景天鎘超積累中有重要作用。4.利用水培條件,測定了10μM鎘處理8天時(shí)兩種生態(tài)型東南景天體內(nèi)硫含量,含硫的游離氨基酸含量和谷胱甘肽含量。結(jié)果表明:HE地上部和根部硫含量比對(duì)照分別增加了36.7%和32.6%;但是在NHE中沒有顯著差異。HE根部和地上部半胱氨酸(Cys)含量在鎘處理后都出現(xiàn)增加,在根部比對(duì)照增加了46%,達(dá)到顯著水平;而在NHE中,地上部Cys含量在鎘處理后少量增加,而根部則顯著降低,比對(duì)照降低了78%。超積累東南景天地上部Cys含量高于根部,而非超積累根部高于地上部。甲硫氨酸(Met)變化趨勢與Cys相似,但超積累體內(nèi)Met含量高于非超積累東南景天。HE根部Met含量在鎘處理后最大增加了8.4倍。鎘處理后,兩種生態(tài)型東南景天谷胱甘肽含量都顯著增加,在HE中,增加的主要形式為還原型谷胱甘肽(GSH),地上部和根部GSH含量比對(duì)照分別增加了32%和142%,而氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量變化不大;而在NHE中,GSSG含量顯著增加,地上部和根部GSSG含量比對(duì)照分別增加了38%和84%,而GSH含量變化不大。在兩種生態(tài)型東南景天中,地上部和根部GSH含量都高于GSSG,而且總的谷胱甘肽含量在根部高于地上部。這些結(jié)果表明,HE在鎘處理時(shí)會(huì)同化更多的硫并合成更多的含硫化合物以應(yīng)對(duì)鎘脅迫。
[Abstract]:The results showed that the content of Cd in the plant was increased by 16.3 % , 62.3 % , 63.3 % and 58.6 % , respectively . The content of Cd in the leaves of Sedum alfredii was increased by 16.3 % , 62.3 % , 63.3 % and 58.6 % respectively . The results showed that betaine could increase the content of betaine and increase the content of BADH gene . The results showed that the content of methionine ( Met ) increased by 36 . 7 % and 32 . 6 % than CK .
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：Q943.2;X173

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1900371