5-氨基乙酰丙酸缓解镉胁迫下油菜植株生长、生理、分子和超微结构变化的作用机理研究

【摘要】甘蓝型油菜(BrassicanapusL.)是世界上最重要的食用油来源之一。由于油菜生长力强,可被种植用来修复镉污染的土地。然而,油菜的生长通常会受到一些非生物胁迫诸如冻害、干旱、盐害和重金属等的抑制作用。重金属毒害是影响油菜生长和产量最严重的危害之一。油菜被认为是一种较耐重金属毒害的作物,因此开发油菜潜在的抗(耐)重金属能力非常重要。如今,使用植物生长调剂物质来提高植物抗(耐)重金属能力是一个主要研究方向。本文研究了5-氨基乙酰丙酸(ALA)在镉胁迫下对油菜生长、分子以及超微结构变化的影响。试验开展情况及结果如下：(1)为了阐明镉胁迫对油菜生长的毒害作用,试验以两种甘蓝型油菜(BrassicanapusL.)品种(浙大619和浙双758)幼苗为研究对象。结果表明,浙双758幼苗的各个部位的镉含量比浙大619更高。高浓度的镉胁迫(500μM)降低了油菜幼苗体内光合色素含量和抗氧化酶活性,提高了丙二醛含量和活性氧水平。两个油菜品种的幼苗叶肉细胞和根尖细胞的电镜结果显示,其结构均遭到镉毒害的破坏,并且浙双758对镉毒害的敏感性比浙大619更强。(2)为探明镉毒害和植物生长调节剂5-氨基乙酰丙酸(ALA)对油菜生长的影响,油菜在温室中水培培养,镉处理浓度为0、100、500μM,ALA叶面喷施浓度为0、12.5、25mg/l。镉毒害抑制了油菜根系的生长,降低了油菜光合指标。单独镉胁迫显著降低了油菜苗叶和根中营养元素含量。500μM的高浓度镉胁迫条件下,叶和根中活性氧含量增多,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽还原酶(GR)等抗氧化酶活性下降。与对照相比,油菜苗叶片中抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性反而得到提高。在高浓度镉胁迫条件下,油菜苗叶片和根尖细胞超微结构遭到严重破坏。然而叶面喷施ALA减轻了镉胁迫对油菜生长的毒害作用,其根系形态、光合指标以及叶和根中营养元素的吸收均得到改善。同时,油菜苗抗氧化系统也得以一定恢复,ALA降低了叶和根中的活性氧水平,提高了抗氧化酶的活性,并且改善了油菜叶肉细胞和根尖细胞的超微结构。(3)我们还研究了ALA改善镉诱导的油菜代谢组学和蛋白质组学的变化规律。油菜在温室中水培培养,镉处理浓度为0、100、500μM,ALA叶面喷施浓度为0、25mg/l。结果表明,叶面喷施ALA显著改善了油菜叶片的渗透能力和代谢程度,而且其光合荧光参数如FO、Fm、Fm和Fv/Fm也增大。蛋白质组学研究分析中,提取总蛋白用于双向电泳分析,鉴定到与镉/ALA处理相关的34个基因型表达蛋白点,其中17个(50%)属于差异蛋白点,且有10个(59%)是受镉处理胁迫诱导表达上调,另外7个(41%)受胁迫诱导表达下调。在34个检测位点中,17个相应蛋白参与9个镉／ALA处理下的生理生化过程。在镉胁迫处理下,蛋白质表达分为两种机制,即CO2同化作用、光合系统和蛋白质合成的蛋白表达明显下降,而参与碳水化合物代谢、CO2同化／光和作用、防御和逆境调控的蛋白表达明显上升。而在ALA和镉双重处理下,参与抗逆和防御的蛋白表达与空白对照相比则显著下降。然而,与镉胁迫处理相比,添加ALA后的CO2同化／光合系统和蛋白质合成／调控的蛋白表达均显著上升。这些结果为ALA缓解植物重金属胁迫的转录组调控机制提供了理论依据。
【作者】BasharatAli；
【导师】WeijunZHOU；
【作者基本信息】浙江大学，CropScience，2014，博士
【关键词】甘蓝型油菜；镉毒害；5-氨基乙酰丙酸；营养元素吸收；光合作用参数；生化评定；超微结构观察；蛋白质组学分析；

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