不同品種煙草忍耐鎘的機(jī)制研究.pdf

1、鎘是環(huán)境中遷移性和毒性最強(qiáng)的重金屬元素之一。煙草是一種富集和轉(zhuǎn)運(yùn)鎘能力較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)作物，對(duì)于Cd對(duì)煙草的毒害已有研究，但對(duì)不同品種煙草對(duì)鎘脅迫的生理生化響應(yīng)差異研究較為缺乏，對(duì)產(chǎn)生差異的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制仍不清楚。本研究以鎘耐性不同的煙草品種Nicotina．tabacum L．var．Xanthi和Nicotina．tabacum L．var．Guiyan 11為材料，研究Cd對(duì)不同品種煙草植株生長、積累和運(yùn)輸?shù)牟町悾瑢?duì)營養(yǎng)元素運(yùn)輸和分布的差

2、異，探討不同品種煙草植株應(yīng)答環(huán)境鎘脅迫的生理學(xué)差異的機(jī)制；通過對(duì)不同品種煙草根和地上部的鎘亞細(xì)胞分布差異，研究煙草細(xì)胞區(qū)室化機(jī)制；通過對(duì)煙草根尖基因表達(dá)譜變化的測定，研究煙草應(yīng)答鎘脅迫可能的生理代謝途徑及其調(diào)控機(jī)理，為探索植物對(duì)Cd抗性的生理和分子機(jī)制提供參考，對(duì)土壤鎘污染修復(fù)具有重要意義。 研究表明：兩個(gè)品種煙草生長對(duì)鎘脅迫的反應(yīng)不同，Xanthi的生長對(duì)Cd的反應(yīng)有明顯的劑量效應(yīng)，較強(qiáng)的耐受Cd脅迫能力，而Cd卻抑制Guiy

3、an11生長，說明Xanthi對(duì)Cd的忍耐能力較Guiyan11強(qiáng)；不論是Xanthi還是Guiyan11，也不論是促進(jìn)還是抑制，根的表現(xiàn)均較地上部明顯，可以得出根是反應(yīng)相對(duì)敏感的部位。 不同品種煙草對(duì)鎘的富集及轉(zhuǎn)運(yùn)差異研究表明，根有積累Cd并阻止向地上部運(yùn)輸?shù)娜棠湍芰?，這種組織區(qū)域化的忍耐機(jī)制，Xanthi表現(xiàn)更為突出；隨Cd脅迫的加強(qiáng)，兩品種根含Cd量均增加，但Xanthi增加的幅度高于Guiyan11，說明Xanthi單位

4、重量的Cd積累更強(qiáng)；煙草地上部Cd含量基因型間存在極顯著差異，Xanthi的含Cd量顯著高于Guiyan11，而根部Cd含量基因型間差異不顯著。隨著Cd處理濃度加大，兩個(gè)品種煙草鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)率降低，Xanthi根的區(qū)域化表現(xiàn)較Guiyan11明顯，這也許是Xanthi能夠忍耐更高濃度的Cd脅迫的原因之一。Cd能夠抑制Xanthi的傷流量，降低木質(zhì)部的運(yùn)輸速率，而貴煙提高11號(hào)的運(yùn)輸速率。隨著Cd處理濃度的增加，Xanthi和Guiyan11

5、的傷流液中Cd運(yùn)輸量是逐漸增加的，相對(duì)于對(duì)照來說，Guiyan11向地上部運(yùn)輸Cd的速率大于Xanthi。Cd處理對(duì)兩品種的Ca、Mg的運(yùn)輸均有抑制作用，低濃度Cd對(duì)Xanthi 中K的運(yùn)輸有促進(jìn)作用，而高濃度Cd對(duì)K的運(yùn)輸有抑制作用，Cd脅迫對(duì)K、Ca、Mg的運(yùn)輸?shù)挠绊懫贩N間均存在顯著或極顯著差異。 鎘對(duì)不同品種煙草營養(yǎng)元素分布的影響研究表明，在Cd影響下煙草對(duì)常量元素、微量元素的分布出現(xiàn)變化，且兩品種表現(xiàn)不同。低劑量Cd促進(jìn)

6、兩品種煙草根部S含量顯著增加，可能是植物緩解Cd毒害的重要方式之一；Cd通過對(duì)不同品種煙草體內(nèi)微量元素分布的影響，阻礙體內(nèi)正常生理活動(dòng)進(jìn)行，進(jìn)而影響生長發(fā)育。鎘對(duì)不同品種煙草DNA的損傷研究表明，煙草DNA提取后的顏色是隨著處理時(shí)間的延長而逐漸加深的，從白色-棕色-深棕色-黑色，Guiyan11對(duì)Cd更加敏感，受Cd的毒害更嚴(yán)重；25μmol/LCd<'2+>的脅迫能損傷煙草根尖DNA，隨處理時(shí)間的延長DNA不斷降解，且處理時(shí)間越長，降

7、解程度越大，降解的片斷越小。兩品種在25μmol/LCd<'2+>處理時(shí)間72h后的降解程度最為明顯；不同Cd處理濃度對(duì)煙草DNA的影響不同，Cd處理濃度越大，降解的程度就越大。 不同品種煙草葉片抗氧化酶系統(tǒng)對(duì)鎘脅迫的響應(yīng)研究表明，隨著土壤Cd濃度的增加，兩品種葉中的MDA變化趨勢(shì)一致，均是先增加后降低，但Xanthi MDA含量高于Guiyan11，兩品種存在極顯著差異；Cd脅迫兩煙草品種的SOD變化有極顯著差異，Xanthi

8、的SOD酶活性較高，說明Xanthi能夠維持較高的SOD活性；兩品種的POD變化也有明顯差異，高濃度Cd長期處理能夠讓Xanthi維持更高的POD活性，而Guiyan11珀勺POD活性則是隨Cd濃度的增加而降低的，這也許是Xanthi耐Cd的又一個(gè)重要生理機(jī)制；Cd對(duì)CAT變化兩品種間也具有顯著差異，低Cd處理均使兩品種煙草的CAT活性降低，但高Cd脅迫下，Xanthi的CAT活性陡增，而Cruiyan11卻在繼續(xù)下降，說明CAT也是X

9、anthi鎘的重要生理機(jī)制之一。綜合SOD、POD、CAT三種酶活性來看，在低土壤Cd濃度長期脅迫下，SOD在Xanthi和Guiyan11的抗氧化系統(tǒng)中扮演重要角色，但在高土壤Cd濃度長期脅迫下，POD和CAT在Xanthi在抗氧化系統(tǒng)中具有至關(guān)重要的作用，且這種作用很可能是Xanthi耐鎘的重要生理機(jī)制，而Guiyan11的POD和CAT表現(xiàn)均不明顯。 鎘對(duì)不同品種煙草蛋白質(zhì)的影響研究表明，兩品種葉片中可溶性蛋白品種間差異不

10、顯著，Guiyan11變化不大，而Xanthi在3mg/KgCd時(shí)顯著下降，在10mg/KgCd時(shí)濃度上升，并超過對(duì)照，有可能是不溶的大分子的蛋白質(zhì)分解為可溶的蛋白質(zhì)而得，表明Cd對(duì)煙草蛋白質(zhì)的影響是很復(fù)雜的，跟處理濃度和煙草品種有關(guān)。比較此兩種品種，Xanthi的解毒能力更強(qiáng)。兩煙草葉片的蛋白質(zhì)譜帶均有變化且變化不同，鎘脅迫下Xanthi根蛋白質(zhì)電泳圖中蛋白質(zhì)帶譜主要是弱化和缺失，新增蛋白質(zhì)幾乎沒有觀察到，在Guiyan11的蛋白質(zhì)電

11、泳圖中，在低Cd處理下(5μmol/L Cd<'2+>)就發(fā)生了蛋白質(zhì)的新增(120KD)和缺失(50KD)，說明Guiyan11根部比Xanthi的反應(yīng)更明顯。Cd能夠誘導(dǎo)煙草新蛋白的生成和某些蛋白質(zhì)的缺失和弱化，新的蛋白很可能與Cd結(jié)合起到緩解Cd毒害的作用。 在亞細(xì)胞分布中，細(xì)胞壁是主要的Cd分布的場所，且Xanthi細(xì)胞壁對(duì)Cd的阻隔作用比Guiyan11強(qiáng)，能有效阻止Cd對(duì)細(xì)胞器的破壞，Xanthi細(xì)胞區(qū)室化機(jī)制體現(xiàn)更