【摘要】：鎘(Cd)是我國污染范圍最廣的重金屬元素。在我國南方自然酸性土壤中,鎘的生物有效性高,其危害作用也更為嚴重。鎘不僅會導致作物生長受損、產量減少,還能通過食物鏈傳遞,人長期食用鎘超標食品會導致許多疾病如肺癌、腎衰竭、骨質疏松等疾病。菜心(又名菜薹),十字花科蕓薹屬植物,在中國南方地區(qū)有大面積的種植,是南方重要的葉菜類的蔬菜之一。菜心相較于其他農作物而言鎘富集能力較強,長期食用會有潛在危害,因此有必解析菜心響應鎘的、吸收和轉運鎘的分子機理,進而通過分子手段控制菜心的鎘積累量是十分必要的。本研究首先分析種植比較廣泛的幾種常規(guī)菜心品種,在重金屬鎘脅迫下對種子的萌發(fā)和幼苗的生長的影響以及鎘積累量情況。結果表明,在50μmol/L Cd(NO_3)_2處理下,8個不同品種的菜心種子的萌發(fā)時間與對照組相比縮短了,但萌發(fā)率并未受到明顯抑制;從種子萌發(fā)10天根的生長情況來看,只有三個菜心品種(油青49、綠寶70天、油綠702)的根生長受抑制作用,其余品種均無顯著性差異。鎘脅迫下的菜心幼苗,80天油青、改良19、尖葉40地上部生長明顯受到抑制作用,但油青49根部生長明顯被促進,而其余品種的生長無顯著差異。說明鎘脅迫下菜心不同品種之間的鎘耐受性存在差異,不同品種菜心對鎘的脅迫響應機制有可能不同。油青49在種子萌發(fā)實驗中,鎘脅迫下對根長生長是受抑制的,而在幼苗實驗中,鎘脅迫下其根的生長卻受到促進作用,說明在不同發(fā)育階段,菜心對鎘脅迫的響應不同。從幼苗的鎘積累量來看,50μmol/L Cd(NO_3)_2脅迫處理菜心幼苗6天,各品種間地上部或根部的鎘積累量無顯著性差異。為了認識和研究菜心鎘脅迫響應基因,本研究對品種油青49地上部、根部鎘處理前后的樣本mRNA進行轉錄組高通量測序,并以鎘處理前的樣品作為對照,獲得差異表達基因,經GO和KEGG注釋、分類、富集分析發(fā)現(xiàn),差異表達上調基因的GO富集分析主要富集在與氧化還原過程、毒素的代謝、各種轉運蛋白(如Zn~(2+)轉運蛋白)的活性、調節(jié)細胞死亡、和木栓質、水楊酸生物合成過程等亞類功能中。差異表達下調的基因的GO富集分析,主要富集在與光合作用、DNA復制、細胞有絲分裂、細胞壁組分和微管細胞骨架組織等的亞類功能中;其中在木質素代謝條目中,有LAC4、LAC11、LAC17等與木質素合成相關的基因,說明菜心在鎘脅迫后木質素合成可能受到影響;在金屬離子轉運條目中,有HMA2、ZIP家族基因、Nramp4等基因,鎘脅迫后基因表達水平上調,說明這些基因可能與鎘的吸收轉運相關。而KEGG途徑富集分析主要包括植物對逆境的響應途徑(苯丙素、芥子油苷、角質等物質的生物合成途徑;谷胱甘酸、半乳糖、硫等物質代謝途徑)、植物激素的信號傳導途徑(植物中的MAPK信號通路、植物激素信號傳導等)、光合作用(光合作用-天線蛋白質、類胡蘿卜素的生物合成等)等,以上顯著富集到GO分類條目、KEGG途徑是都很可能參與到鎘脅迫響應機理中。選取已報道與鎘轉運相關的基因家族,挑選在差異表達基因集合當中的基因作為qPCR驗證基因,如HMA2、MRP7、ABCG40、NRAMP1、YSL2等,且這些基因在GO數(shù)據(jù)庫中注釋到與金屬離子轉運相關的GO條目。通過qPCR驗證差異表達基因,qPCR結果與轉錄組分析結果相關性較好,說明轉錄組分析結果可靠。Nramp家族基因在擬南芥和水稻中對鎘的吸收以及積累起著重要作用,在我們的轉錄組數(shù)據(jù)分析中,進一步以AtNramp、OsNramp序列與轉錄組數(shù)據(jù)進行比對分析找到三個同源基因分別是Bra000573、Bra008437、Bra012154,發(fā)現(xiàn)Bra008437和Bra012154是差異表達上調基因,它們可能在菜心的鎘吸收和積累中起作用。對菜心中Nramp家族基因進行克隆,成功克隆出菜心中Bra000573、Bra008437、Bra012154基因,測序結果與參考基因組的序列同源性高。
【學位授予單位】：深圳大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S634.5;X171.5
【圖文】：

圖 2-1 菜心水培流程圖2.2.3 地上部、根部鎘含量的測定（1）植株的消解過程鎘脅迫處理 6 天后收取植物樣品，烘干后進行消解：置于消解管中，加入 10 ml 65%濃硝酸進行微波消解，微波消解程序如表 2-6。表 2-6 微波消解程序程序 溫度（℃） 功率（W） 升溫時間（min） 保溫時間（min）1 130 1500 10 52 150 1500 10 -3 190 1500 15 -4 190 1500 - 30待微波消解程序完成后，冷卻至常溫取出消解管，需在通風櫥中打開消解管進行定容。定容時使用高純水，倒出消解液后用少量高純水沖洗消解管 2~3 次后定容至 50 ml。

鎘脅迫下菜心的轉錄組分析鎘脅迫下菜心種子萌發(fā) 10 天的根長如圖 3-2 所示，8 個品種菜心除了改良 19 以外，其余品種在 50 μmol/L Cd（NO3）2條件下與對照組（未添加 Cd）相比，萌發(fā) 10 天后的根生長均受一定程度的抑制，但只有油青 49、綠寶 70 天、油綠 702 這三個品種的根生長表現(xiàn)出明顯受抑制，其余品種根生長均無明顯差異，說明這油青 49、綠寶 70 天、油綠 702 這三個品種的根生長對 50 μmol/L Cd（NO3）2脅迫作用是比較敏感的。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王曉娟;王文斌;楊龍;金j;宋瑜;姜少俊;秦蘭蘭;;重金屬鎘(Cd)在植物體內的轉運途徑及其調控機制[J];生態(tài)學報;2015年23期

2 胡文友;黃標;馬宏衛(wèi);陳永;董

本文編號：2732002