镉胁迫条件下拟南芥镉积累和转运受乙烯调控的研究

摘要

重金属污染的问题已经成为国家议事日程的一个重要工作，今年重金属污染耕地修复的综合治理工作已经启动。在近几年里，重金属镉污染持续加重，全国土地镉含量增幅最多超过50％。本研究以模式植物拟南芥为研究材料，对镉胁迫下的条件下，乙烯是否能够调节拟南芥响应镉胁迫的耐受性进行研究。并且深入研究乙烯是如何调节乙烯响应镉胁迫的耐受性，以及乙烯信号在条件镉胁迫中的具体机制。本研究不仅为乙烯调节镉胁迫下植物的响应和提高植物耐受重金属的抗性提供理论依据，而且对于目前困扰我国严重的重金属污染问题及降低植物体内镉含量具有重要的实践意义。
　　本论文研究的主要结果如下:
　　1、镉胁迫条件下生长的拟南芥ein2-5（乙烯不敏感突变体）和Co1-0（野生型）在施加乙烯利后，施加的乙烯利后有效缓解了ein2-5和Co1-0在镉胁迫条件下生长受镉胁迫抑制的现象，说明内源乙烯能够提高调控拟南芥，使其具有较高的抗镉性。在镉胁迫下，ein2-5和Co1-0都能激活产生乙烯的机制，均证明乙烯在植物耐胁迫的过程中可以起到积极的防御功能。
　　2、Cd对植物的细胞膜可造成脂质过氧化现象，Cd胁迫浓度的升高导致拟南芥中MDA的含量也随之升高，加入乙烯利可使拟南芥体内的MDA含量有所下降。在脂质分解代谢的过程中，生成的产物H2O2可作为脂肪酸氧化的副产物，过量的H2O2可造成植物的氧化损伤。拟南芥中H2O2的含量随Cd胁迫浓度的升高而逐渐增高，具有较高的一致性趋势且与MDA相一致。说明外源乙烯可以有效降低Cd胁迫环境下H2O2的产量以缓解Cd胁迫对幼苗的细胞膜造成的脂质过氧化损伤。
　　3、被Cd胁迫的拟南芥体内的Cd含量随Cd浓度升高而增高，加入乙烯利后降低了植物体内的Cd含量，并且有效降低了转移系数(TF)，使Cd更多地积累在根部，缓解了Cd在地上部的积累。乙烯主要通过提高AtATM3的基因表达量来实现这一效果的。
　　4、被Cd胁迫后，拟南芥体内CAT和APX的活性随Cd浓度的升高而降低，加入乙烯利后活性有所恢复升高;POD和SOD的活性在Cd胁迫下，其活性呈先增加后降低的趋势，加入乙烯利后活性有所降低;在Cd单独胁迫时，GR的活性随Cd浓度的升高而增加，加入乙烯利后活性有所降低。
　　5、在Cd胁迫下，ein2-5中GR的基因表达量相较于Co1-0的基因表达量较高，说明乙烯能抑制GSH生成以影响植物螯合肽的形成。加入乙烯利后，GR的基因表达量有所下降导致GSH的生成量减少。在Cd胁迫条件下，ein2-5受到Cd毒害引起的衰老更显著，野生型则表现较轻。加入乙烯利后，野生型和ein2-5的SAG21的基因表达量均有显著地增加，证明乙烯确实有促进植物体衰老的影响。

目录

摘要

1 绪论

1．1 拟南芥的生物特性

1．2 镉

1．2．1 镉对人的影响

1．2．2 镉对植物的影响

1．2．3 镉的防治

1．3 乙烯

1．3．1 乙烯的自然形成

1．3．2 乙烯的信号转导

1．3．3 乙烯的生理作用

1．3．4 乙烯与逆境胁迫

1．4 研究目的和意义

2 材料与方法

2．1 实验材料与实验设计

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验设计

2．2 仪器设备

2．3 实验方法

2．3．1 拟南芥根长的测定

2．3．2 拟南芥的根与地上部中Cd含量的测定

2．3．3 丙二醛(MDA)含量的测定

2．3．4 过氧化氢(H2O2)含量的测定

2．3．5 抗氧化酶类活性测定

2．3．6 拟南芥基因含量表达测定

2．4 统计分析

3 乙烯在拟南芥幼苗响应镉胁迫应答中的作用

3．1 乙烯对镉胁迫下拟南芥的根长的影响

3．2 乙烯信号转导参与拟南芥响应镉胁迫的应答反应

3．3 本章小结

4 外源乙烯对镉胁迫下拟南芥叶片中丙二醛(MDA)、过氧化氢(H2O2)的影响

4．1 外源乙烯对镉胁迫下拟南芥叶片中丙二醛(MDA)的影响

4．2 外源乙烯对镉胁迫下拟南芥叶片中过氧化氢(H2O2)的影响

4．3 本章小结

5 外源乙烯对镉胁迫下拟南芥的根及地上部中Cd含量和Cd的转移系数的影响

5．1 镉胁迫对拟南芥的根及地上部中Cd含量和Cd的转移系数的影响

5．2 外源乙烯对镉胁迫下拟南芥的根及地上部中Cd含量和Cd的转移系数的影响

5．3 外源乙烯对镉胁迫下拟南芥的Cd转运基因表达的影响

5．4 本章小结

6 外源乙烯在镉胁迫下拟南芥叶片中抗氧化酶类活性中发挥的作用

6．1 外源乙烯对镉胁迫下拟南芥叶片中过氧化氢酶(CAT)活性的影响

6．2 外源乙烯对镉胁迫下拟南芥叶片中过氧化物酶(POD)活性的影响

6．3 外源乙烯对镉胁迫下拟南芥叶片中超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

6．4 外源乙烯对镉胁迫下拟南芥叶片中抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的影响

6．5 外源乙烯对镉胁迫下拟南芥叶片中谷胱甘肽还原酶(GR)活性的影响

6．6 本章小结

7 外源乙烯对镉胁迫下拟南芥叶片中基因表达的影响

7．1 外源乙烯对镉胁迫下拟南芥叶片中谷胱甘肽还原酶(GR)基因表达的影响

7．2 外源乙烯对镉胁迫下拟南芥叶片中衰老有关的基因(SAG)表达的影响

7．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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