本文選題：番茄　切入點(diǎn)：鎘　出處：《浙江大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：鎘(Cd)帶來(lái)很大的環(huán)境問(wèn)題,因?yàn)樗哂猩鷳B(tài)毒性從而嚴(yán)重影響生態(tài)系統(tǒng),快速的工業(yè)化和城市化進(jìn)程伴隨著世界人口的激增、向環(huán)境排放污染物,這不僅造成了對(duì)自然資源的嚴(yán)重破壞,也造成了對(duì)地球生物廣泛而嚴(yán)重的污染。有證據(jù)表明,在大多數(shù)國(guó)家人們通過(guò)農(nóng)作物攝入的Cd占到很大的比例。因此,重金屬明顯的生物富集作用和在食物鏈各環(huán)節(jié)中的毒性漸進(jìn)已經(jīng)對(duì)包括植物在內(nèi)的所有生物構(gòu)成危害。于是,植物體中Cd的解毒對(duì)于保證食品安全非常重要。植物本身具有對(duì)Cd的解毒和耐受性的復(fù)雜的分子機(jī)制,包括對(duì)Cd的固定,排除,螯合和在植物組織細(xì)胞中的重新分配以及對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的修復(fù)。然而,當(dāng)暴露在高濃度的重金屬環(huán)境下植物本身的解毒能力和抗氧化酶活性會(huì)下降。因此,外源植物激素的應(yīng)用可以增強(qiáng)植物解毒系統(tǒng)來(lái)對(duì)抗外源物質(zhì)引起的脅迫。近來(lái),褪黑素(N-乙酰-5-甲氧色胺)已經(jīng)出現(xiàn)在植物激素的范疇里,其增強(qiáng)植物對(duì)包括高溫、低溫、鹽害、干旱、澇害、紫外輻射,以及水和土壤中化學(xué)或金屬污染物等非生物脅迫的耐受力。因此,本文研究了番茄對(duì)Cd脅迫的響應(yīng),通過(guò)系列實(shí)驗(yàn)闡明了褪黑素緩解Cd脅迫的保護(hù)作用機(jī)制。主要研究結(jié)果總結(jié)如下：1預(yù)實(shí)驗(yàn)的研究表明結(jié)果表明,低濃度的Cd就會(huì)對(duì)植物造成毒害,限制番茄植株的生長(zhǎng)。當(dāng)100 μ M Cd處理后,植物啟動(dòng)了解毒機(jī)制。鎘脅迫下,通過(guò)代謝產(chǎn)物的合成和降解最終提高了Cd的解毒能力,提高了番茄對(duì)鎘脅迫的抗性。研究了葉面噴施GSH和GSH生物合成抑制劑對(duì)Cd脅迫下番茄植株的影響。通過(guò)分析100μM的Cd處理下植株的生長(zhǎng)表型,我們發(fā)現(xiàn)5mM的GSH的應(yīng)用對(duì)于減少Cd的毒害最有效。Cd在葉綠體／質(zhì)體、根和葉細(xì)胞的線粒體和細(xì)胞核中積累。有趣的是,GSH促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)Cd的重新分配和減少其在這些細(xì)胞器中的含量。然而,GSH生物合成抑制劑(BSO)起相反的作用。類(lèi)似的,GSH促進(jìn)、而B(niǎo)SO抑制涉及螯合Cd和排除Cd的植物螯合肽(PCs)的積累。此外,除了調(diào)節(jié)Cd的積累,GSH調(diào)節(jié)細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)和增加一氧化氮(NO)和S-亞硝基硫醇(SNO)的形成。與氧化還原狀態(tài)的變化相對(duì)應(yīng),GSH主動(dòng)調(diào)控相關(guān)脅迫響應(yīng)基因的一些轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)。相應(yīng)地,GSH的應(yīng)用增強(qiáng)了抗氧化酶基因的表達(dá)和酶活性。我們的研究結(jié)果表明,GSH增強(qiáng)對(duì)Cd的抗性不僅通過(guò)對(duì)Cd的螫合和隔離的促進(jìn)作用實(shí)現(xiàn),而且通過(guò)依賴(lài)于氧化還原作用機(jī)制的途徑增強(qiáng)抗氧化系統(tǒng)的活性而實(shí)現(xiàn)。2.本實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)了高效液相色譜法(HPLC)用于簡(jiǎn)單、快捷、靈敏地檢測(cè)褪黑素的含量,建立了褪黑素的生物合成與植物鎘脅迫的關(guān)系。三種重要的蔬菜：番茄,生菜和黃瓜植株用不同濃度的Cd(25μM和100μM)處理后,利用高效液相熒光檢測(cè)的優(yōu)化方法測(cè)定對(duì)照和處理的葉片和根系中的褪激素含量。優(yōu)化測(cè)定方法靈敏、重現(xiàn)性好,在18.33min時(shí)將褪黑素分離出,總運(yùn)行時(shí)間為42min,檢測(cè)限為25 fM,10μL進(jìn)樣量。植物褪黑素生物合成和對(duì)Cd的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的表達(dá)模式相互關(guān)聯(lián)。本研究結(jié)果表明,葉片和根系的褪黑素含量的增加與Cd脅迫處理的濃度和時(shí)間有關(guān)。3.我們研究了褪黑素對(duì)Cd脅迫下番茄植株的影響。將番茄植株根系暴露在100μM的Cd環(huán)境下,同時(shí)葉片用不同濃度的褪黑素處理。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),最佳劑量的褪黑素能有效改善Cd引起的番茄毒害。鎘脅迫下Cd和褪黑素的含量增加。然而,內(nèi)源性褪黑素的增加無(wú)法逆轉(zhuǎn)Cd的不利影響。同時(shí),植物的生物量和光合作用反映了添加褪黑素增強(qiáng)了對(duì)鎘脅迫的耐受性。除了抗氧化酶活性顯著增強(qiáng)外,褪黑素對(duì)鎘脅迫的緩解與H+-ATP酶活性增強(qiáng)、微量營(yíng)養(yǎng)素的吸收和谷胱甘肽、植物螯合肽合成增加密切相關(guān)。雖然外源性褪黑素對(duì)根系Cd含量沒(méi)有影響,但顯著降低葉片Cd含量,表明其在Cd轉(zhuǎn)運(yùn)中的作用。對(duì)Cd在不同的亞細(xì)胞分布的分析表明,褪黑素增加細(xì)胞壁、液泡中的Cd含量。我們的研究結(jié)果表明,褪黑素在調(diào)節(jié)番茄抗氧化能力、巰基化合物的生物合成,將Cd局限在液泡中以對(duì)抗Cd脅迫過(guò)程中起決定性的作用。這種機(jī)制可能在食品安全生產(chǎn)上有潛在影響。4.本實(shí)驗(yàn)研究了鎘脅迫下,褪黑素通過(guò)介導(dǎo)植物對(duì)硫的吸收、同化等來(lái)調(diào)控植物生長(zhǎng)和對(duì)重金屬脅迫的耐受性,已經(jīng)證實(shí)褪黑素調(diào)控植物對(duì)硫的吸收、還原同化是植物對(duì)脅迫環(huán)境的一種適應(yīng)機(jī)制。試驗(yàn)結(jié)果揭示了褪黑素是ATP硫酸化酶、APS還原酶、亞硫酸還原酶、半胱氨酸合成酶(CS)[0-7,酰基(巰基)溶酶]的上游激活者,這些酶在硫同化的重要步驟中發(fā)揮作用。此外,在硫平衡被打破時(shí),褪黑素作為一種信號(hào)物質(zhì),主要是通過(guò)選擇性調(diào)控硫同化和吸收途徑中的基因來(lái)發(fā)揮作用。另外,褪黑素可以促進(jìn)γ-谷氨酰半胱氨酸(γ-EC)、谷胱甘肽和PCs的生物合成來(lái)應(yīng)對(duì)脅迫。相比較而言,通過(guò)VIGS技術(shù)敲掉ASMT基因抑制褪黑素的生物合成,褪黑素的促進(jìn)效果就被削弱。在Cd脅迫植物中褪黑素引起PCs生物合成的增加,可能導(dǎo)致了對(duì)有毒Cd的螯合,最終結(jié)果可能就是褪黑素減少了Cd從根部向莖葉部的轉(zhuǎn)移,這對(duì)于食品安全來(lái)說(shuō)非常重要。除了調(diào)控對(duì)硫的同化,褪黑素作為一個(gè)抗氧化劑可以有效保護(hù)細(xì)胞內(nèi)生物大分子免受活性氧爆發(fā)所造成的損害和結(jié)構(gòu)改變。除了做為抗氧化劑直接發(fā)揮作用外,在有氧條件下,褪黑素也可以通過(guò)增加半胱氨酸的代謝流從而促進(jìn)葉片葉綠體中2-Cys過(guò)氧化物還原蛋白的活性。綜上所述,我們的研究結(jié)果表明,褪黑素可以通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原狀態(tài)和組織中硫的穩(wěn)態(tài)來(lái)增強(qiáng)植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)和耐受性,對(duì)于極端環(huán)境而言,褪黑素的應(yīng)用前景將會(huì)十分廣闊。
[Abstract]:......
【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】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S641.2
，

本文編號(hào)：1694511