神农香菊R2R3-MYB转录因子CiMYB4在镉胁迫中的功能分析

为探究CiMYB4在镉胁迫下的功能,以课题组已获得的过表达CiMYB4烟草(CiMYB4-S)、野菊(CiMYB4-OE)和抑制表达野菊(CiMYB4-Ri)为材料,在镉胁迫条件下分别测定其生长相关指标、抗氧化酶活性、光合指标、地上部及根系的镉含量,并对耐镉相关基因PCS1、GSH1、ABCC1、HMA3的表达模式进行分析。研究结果表明:镉处理后,CiMYB4-S和CiMYB4-OE株系的根长、茎粗、株高和叶长、叶宽显著大于野生型对照(WT)株系,丙二醛(MDA)含量显著降低,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性显著增强,叶片的光合能力和叶绿素含量显著增加,具有更强的镉富集和转运能力。同时,耐镉相关基因PCS1、GSH1、HMA3的表达水平显著提高;而CiMYB4-Ri株系的株高、地上部干重显著小于WT株系,MDA含量显著增加,SOD、POD、CAT活性显著降低,叶片的光合能力和叶绿素含量显著降低,镉富集和转运能力减弱。同时,耐镉相关基因PCS1、GSH1、HMA3的表达水平显著降低。上述结果表明CiMYB4能提高烟草和野菊对镉的耐受性。

百香果叶片镉胁迫响应转录组分析

【目的】百香果对镉(Cd)具较强的吸收富集能力,严重影响果实的品质与商品价值,本研究通过模拟Cd胁迫的方法探讨百香果叶片响应Cd胁迫的分子机理,为百香果的安全生产和遗传育种改良提供依据。【方法】通过水培方式进行Cd中度胁迫(50μmol·L^(−1))处理,采集不同处理时间的百香果叶片进行转录组测序,并采用qRTPCR对测序的结果进行验证。【结果】与对照相比,Cd胁迫处理24、48、72 h后差异表达基因分别有3465、1262和2039个,获得63个特异性调控百香果响应镉胁迫的相关转录因子及蛋白。qRT-PCR分析表明转录组测序结果有较高的可靠性。转录组GO功能富集和KEGG代谢通路分析结果表明,差异基因主要富集在细胞结构、催化活性及转录调节等功能组以及光合作用和碳水化合物代谢通路。【结论】Cd胁迫诱导的百香果叶片差异表达基因主要富集在代谢和生物合成相关途径,研究结果为百香果叶片响应Cd胁迫的分子网络研究提供依据。

镉胁迫下γ-氨基丁酸对喜树幼苗光合色素含量和抗氧化酶活性的影响

为提高喜树(Camptotheca acuminata)对镉(Cd)胁迫的抗性,为镉污染地区的喜树栽培提供参考,采用盆栽试验,研究Cd胁迫下γ-氨基丁酸(GABA)对喜树幼苗光合色素含量和抗氧化酶活性的影响。结果表明,Cd处理(1 mg/L)降低了喜树幼苗的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性。Cd胁迫下,随GABA浓度增加,喜树幼苗的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量及SOD、CAT和POD活性均呈上升趋势,GABA浓度为2 mmol/L时均最大。相关性分析表明,Cd胁迫下施加GABA,光合色素含量与抗氧化酶活性均呈极显著正相关。因此,GABA能提高Cd胁迫下喜树幼苗的抗性,缓解Cd胁迫对喜树幼苗的毒害。

外源Ca^(2+)对玉米幼苗镉胁迫的缓解效应

本试验以玉米为研究材料,对玉米幼苗进行一定浓度的镉(20mg/L)胁迫,通过对玉米幼苗施加不同浓度的Ca^(2+)(0、2、5、8mmol/L),研究Ca^(2+)对镉胁迫下玉米幼苗的叶绿素、MDA、可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸和POD活性6个生理生化指标的影响。结果表明:施加外源Ca^(2+)显著增加了镉胁迫下南瓜幼苗叶片中叶绿素含量(P<0.05),而MDA含量、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量以及POD活性均显著降低(P<0.05),对可溶性蛋白的缓解作用不显著(P>0.05)。其中以5mmol/LCa^(2+)的缓解效果最好。

褪黑素对镉胁迫下辣椒幼苗生长的调节作用

为了解褪黑素对镉胁迫下辣椒幼苗生长的调节作用,以牛角椒为试验材料,研究了褪黑素对镉胁迫下辣椒幼苗生长、抗氧化酶活性及渗透调节物质含量的影响。结果表明,与镉胁迫相比,镉胁迫下喷施褪黑素显著增加了辣椒幼苗株高、根长、地上部鲜质量及地下部鲜质量,增强了超氧化物歧化酶、过氧化物酶及过氧化氢酶活性,提高了可溶性蛋白质、脯氨酸及可溶性糖含量。表明褪黑素能通过减少活性氧累积,提高细胞吸水和保水能力,从而缓解镉胁迫对辣椒幼苗造成的伤害,促进幼苗生长,增强辣椒对镉的耐受性。

镉胁迫对黄秋英生理及富集特性的影响

为给土壤镉(Cd)污染地区提供具有景观修复性的植物修复材料,本试验采用盆栽方法,研究不同质量浓度镉(0、0.3、3、30、60、120、180 mg/kg)对黄秋英(Cosmos sulphureus)植株生理及富集特性的影响。结果表明:胁迫15 d时,随着镉浓度增加,黄秋英叶片可溶性蛋白、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量和SOD活性均呈先升后降趋势,MDA含量逐渐下降,POD活性先降后升;ETR、qP、Tr在镉浓度0.3 mg/kg时达到最高,Pn与Gs在镉浓度3 mg/kg时达到最高,NPQ在镉浓度30 mg/kg时降到最低,Fv/Fm在镉浓度60 mg/kg时达到最高,Fo在镉浓度180 mg/kg时降到最低。胁迫30 d时,其可溶性蛋白含量、SOD活性先升后降,MDA含量先升后降再升高,POD活性先降后升再下降,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量先降后升;镉浓度0.3 mg/kg时Fv/Fm达到最高,镉浓度3 mg/kg时NPQ达到最高,而Tr、Pn、Gs降到最低,镉浓度30 mg/kg时qP达到最高、Fv/Fm降到最低,镉浓度60 mg/kg时Pn、Gs达到最高,而Fo、NPQ降到最低,镉浓度120 mg/kg时Ci降到最低,镉浓度180 mg/kg时Tr、ETR达到最高。镉浓度<180 mg/kg时,黄秋英各器官镉含量表现为茎>根>叶;镉浓度≥180 mg/kg时为根>茎>叶。镉浓度≥120 mg/kg时黄秋英根、茎及地上部镉含量均超过镉超富集植物的临界值。综上看出,黄秋英在高浓度镉胁迫下具有较高的耐受力,同时具备较强的镉富集能力,可作为具有景观修复性的植物修复材料。

镉胁迫对生菜生长、生理特性及镉富集转运特征的影响

【目的】揭示镉胁迫对生菜生长的影响及毒害机理,为阐明镉的毒理效应提供依据。【方法】以水培生菜品种“四季生菜”为材料,设置镉处理低(25 mg/L)、高(50,100 mg/L)水平,以无镉处理(0 mg/L)为对照(CK),用营养液膜技术(NFT)进行试验,处理7,14,21 d后取样,研究镉处理对生菜的地上部和地下部鲜质量、镉含量、镉富集转运特征、生理指标、抗氧化酶活性、光合色素指标及叶绿素荧光参数的影响。【结果】25 mg/L镉处理前14 d对生菜地上部和地下部鲜质量具有促进作用,21 d时25~100 mg/L镉表现出明显的抑制作用。镉处理生菜的地下部镉含量、富集系数均高于地上部;随着镉质量浓度的升高,富集系数总体呈现下降的趋势;处理7 d后,随着镉质量浓度增加,转运系数下降,14和21 d则先上升后下降。在25~100 mg/L镉处理后,生菜的可溶性蛋白含量随着镉质量浓度的升高而增加,但随着处理时间延长逐渐下降;MDA含量随着镉质量浓度升高以及处理时间的延长而增加。与CK相比,7 d时镉处理SOD活性显著升高,14 d显著下降;21 d各处理间差异不显著。镉处理7~21 d后POD活性均较CK显著升高(14 d时25 mg/L处理除外)。随着时间推移,镉处理CAT活性总体表现出先降低后升高的规律。与CK相比,7 d时镉处理生菜光合色素的含量明显增加,14 d时低质量浓度(25 mg/L)镉处理光合色素指标总体增大,高质量浓度(50,100 mg/L)镉抑制了光合色素的合成,21 d时镉处理光合色素指标较CK显著降低。25~100 mg/L镉处理7~21 d后,镉对生菜叶绿素荧光参数有明显影响,其中镉处理21 d后PSⅡ最大光量子效率(F_(v)/F_(m))、PSⅡ有效光量子产量(F_(v)′/F_(m)′)、PSⅡ实际光量子效率(ΦPSⅡ)、稳态荧光衰减率(Rfd)较7 d均总体降低,而初始荧光值(F_(o))和非光化学淬灭系数(NPQ)则表现为增大。【结论】镉质量浓度越高、处理时间越长,生菜的光能转化效率越低,叶片热量散耗越高,光合作用能力降低,植株生长受抑制程度越严重。

不同磷肥对镉胁迫下茄子苗期光合作用及抗氧化酶系统的影响

探究在石灰性土壤中施加不同磷肥对镉胁迫下茄子苗期光合作用及抗氧化酶系统的影响,为选出合理有效的磷肥、缓解镉毒害作用提供依据。采用盆栽试验,使用黄土状石灰性褐土种植茄子,通过双因素分析法研究了4种磷肥[磷酸一铵(MAP)、过磷酸钙(SSP)、磷酸二铵(DAP)、磷酸氢钙(DCP)]和4个施磷水平[0、0.15、0.25、0.35 g·kg^(-1)(以每千克土中P含量计),分别用P0、P1、P2、P3表示]在土壤镉(5 mg·kg^(-1)Cd)环境下,对茄子苗期叶片中叶绿素、光合作用、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)的影响。研究结果表明,Cd胁迫下茄子叶片中叶绿素受损,通过施加不同磷肥,叶绿素含量均呈增长趋势,在SSP施磷类型P3水平下,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素含量分别增加57%、120%、53%和76%。不同磷肥均显著提高光合作用的强度,降低Cd的胁迫。具体来看,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)均表现为MAP≥DAP≥SSP>DCP,MAP施磷类型P3水平下,Pn为17.4μmol·m^(-2)·s^(-1),Gs为0.2 mmol·m^(-2)·s^(-1),蒸腾速率(Tr)在DCP施磷类型P3水平下,较P0增加了165%,胞间CO_(2)浓度(Ci)在DAP施磷类型P3水平下提高幅度最为明显,较P0提高了28%。施用磷肥可以显著增加抗氧化酶系统的活性,但不同磷肥对抗氧化酶系统活性的提升效果不同,其中磷酸二铵对MDA含量的降低幅度最为明显,为41%;磷酸一铵对SOD、POD和CAT活性的增加最显著,分别增加了43%、106%和66%;过磷酸钙对APX和GR的活性增幅最大,分别为54%和93%。因此,施加不同磷肥可以缓解Cd胁迫下对茄子叶片的毒害,增强光合作用,提高抗氧化酶活性的作用。

外源钙对镉胁迫下美洲黑杨生长和生理特性的影响

研究外源钙(calcium,Ca)对镉(cadmium,Cd)胁迫下雌雄株美洲黑杨的生长和生理影响,探讨雌雄异株植物对Cd胁迫的响应差异,有助于了解外源钙提高植物Cd抗性的机制,可为土壤重金属污染背景下植物修复提供理论依据。采用大棚盆栽试验,研究了施加外源钙(2 g·kg^(-1))对土壤Cd(50 mg·kg^(-1)和100 mg·kg^(-1))胁迫下美洲黑杨雌、雄幼苗生长、抗氧化酶活性、光合气体交换参数及叶绿素荧光参数等生理指标的响应差异。结果显示,(1)外源钙显著提高Cd胁迫下美洲黑杨雌雄植株的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性,降低过氧化氢(hydrogen peroxide,H_(2)O_(2))含量,增强雄株的还原型谷胱甘肽(reduced glutathione,GSH)含量,其中,100 mg·kg^(-1)Cd浓度下施加外源钙显著提高雌株的GSH含量。此外,在50 mg·kg^(-1)Cd胁迫下,施加外源钙显著提高雌雄植株的过氧化物酶(peroxidase,POD)活性和雄株的过氧化氢酶(catalase,CAT)活性,使丙二醛含量(malondialdehyde,MDA)下降,说明外源钙能有效缓解Cd对美洲黑杨雌雄植株抗氧化酶系统的伤害;(2)50 mg·kg^(-1)Cd胁迫下施加外源钙显著提高美洲黑杨雌雄株的PSⅡ最大光化学效率(F_(v)/F_(m)),降低胞间二氧化碳浓度(C_(i)),雄株气孔导度(G_(s))显著上升,雌株的蒸腾速率(T r)显著提高,说明外源钙能增强植株叶片对光的捕获能力,有效缓解Cd对美洲黑杨雌雄植株光合结构的伤害;(3)与单独Cd处理相比,钙能够抑制雌雄美洲黑杨根部对Cd的吸收,最高可使根系Cd含量降低19.7%,提高Cd耐受性。综上所述,外源钙能促进光合作用,减轻氧化损伤,增强美洲黑杨幼苗对Cd胁迫的抗性;在施钙条件下,与雌株相比,雄株的抗氧化性较高,表现出较好的抗逆性。

镉胁迫对南方苋种子萌发及幼苗生长和生理的影响

为揭示南方苋(Amaranthus australis)萌发和幼苗期对镉胁迫的适应性及生理特征,研究了不同镉浓度(0,10,20,40 mg·kg^(-1))对其种子萌发、幼苗生长及生理特征的影响。结果表明:镉对南方苋种子的发芽率、发芽势和发芽指数影响不显著,但显著降低了活力指数;随着镉胁迫浓度的升高,生长量显著下降,表现为胚根和胚芽长度下降,株高降低,地上部和地下部干重减少,叶片电导率和丙二醛含量均显著增加,超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)和过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性先升高后下降,过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性显著下降,非蛋白巯基(Non-protein thiols,NPTs)、植物螯合肽(Phytochelatins,PCs)、谷胱甘肽(Glutathione,GSH)、地上和地下部镉含量以及转移系数和富集系数均显著升高。研究结果表明,南方苋具有较强的耐镉、镉转运和富集能力,并能通过提高细胞内的NPT,PCs和GSH等重金属络物来缓解镉对细胞的毒害作用。

硒对膜荚黄芪镉胁迫的缓解机制解析

为了揭示硒(Se)对膜荚黄芪(Astragalus membranaceus)镉(Cd)胁迫的缓解机制,以传统药用植物膜荚黄芪为材料,利用水培技术综合研究了离子拮抗作用、抗氧化酶系统、重金属螯合物以及异黄酮在Se缓解Cd胁迫中的作用。结果表明:10μmol·L^(-1)Se显著改善了50μmol·L^(-1)Cd胁迫下膜荚黄芪幼苗生长状况并减轻了植株的活性氧积累水平以及膜脂过氧化水平。Cd处理下Se添加显著降低了膜荚黄芪各部位Cd含量,同时Cd添加也显著降低了各部位Se含量,说明膜荚黄芪在Se与Cd的吸收上具有明显的拮抗作用。抗氧化酶活性测定结果显示,Se添加降低了Cd胁迫下膜荚黄芪各部位过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性,通过相关性分析发现多种抗氧化酶活性与O_(2)^(·-)含量具有显著正相关关系,暗示抗氧化酶活性的变化更多的是与植物体内活性氧水平相适应的结果。此外,Se添加也降低了Cd处理下膜荚黄芪各部位非蛋白巯基和金属硫蛋白含量,且两者在各部位的含量与对应Cd含量呈现出良好的正相关,表明重金属螯合物含量是由各部位Cd含量所调节的。与抗氧化酶和金属硫蛋白不同,Se添加显著提高了Cd胁迫下膜荚黄芪幼苗根系中3种异黄酮成分的含量。进一步对异黄酮合成途径关键酶基因CHS、IFS、I3'H、IOMT和UCGT表达水平进行研究,发现Se明显上调了Cd处理下所有酶基因的表达水平。综上,Se通过吸收过程中与Cd的拮抗作用降低了Cd处理下膜荚黄芪幼苗中的Cd含量,降低了植物受胁迫程度,同时通过上调异黄酮等次生代谢物质合成,提高了植物对Cd胁迫的耐性。

基于转录组和代谢组解析川芎对镉胁迫的响应机制

为了解不同水平镉(Cd)胁迫下川芎基因表达和代谢产物的变化规律,探究川芎对Cd胁迫的响应机制,利用盆栽试验,以不添加Cd溶液的清洁土壤为对照,设置1、3、6、10 mg·kg-1共4个Cd胁迫处理水平,采用转录组学测序(RNA sequencing,RNA-seq)和超高效液相色谱质谱联用(ultra performance liquid chromatography tandem mass spectrometry,UPLC-MS/MS)技术,筛选川芎抗Cd胁迫的关键基因与代谢通路。结果表明,共筛选到8569个差异表达基因,包括上调基因6859个,下调基因1710个。与对照相比,4个Cd处理组的共有差异基因仅1个,为CML19,可能是川芎抗Cd胁迫的关键基因。代谢组共标注和定量了1238种差异代谢物,在KEGG数据库中注释得到76条代谢通路,其中包括氨基酸代谢、氨酰基-tRNA的生物合成和脂肪酸的生物合成等。联合分析表明,当受到不同水平Cd胁迫时,川芎通过调节不同种类氨基酸来维持自身代谢平衡,在川芎抗Cd胁迫中发挥重要作用。研究结果为川芎抗Cd胁迫提供科学支撑与理论依据,为针对川芎资源的栽培育种及缓解Cd胁迫等相关研究提供基础。

小麦金属硫蛋白全基因组鉴定及镉胁迫下的表达分析

为探究小麦金属硫蛋白(metallothionein,MT)基因的潜在功能,以小麦品种中国春、M1019和西农20为材料,采用生物信息学方法,在小麦全基因组水平系统分析和鉴定了TaMT基因,并利用转录组数据分析和qRT-PCR技术检测在镉胁迫条件下,小麦不同组织和不同品种中的表达。结果显示,在小麦全基因组水平上共鉴定到21个TaMT基因,他们在进化关系上被分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三组。TaMT蛋白可定位在细胞不同位置,暗示这些基因可能在不同部位发挥功能。经染色体定位分析,这些基因不均等地分布在小麦的8条染色体上,其中4个TaMT基因形成了4个串联复制基因对。此外,相同亚组的TaMT在基因结构和保守基序组成上表现出相似性,其中motif 3构成了α结构域,而motif 1和motif 4组成了β结构域。在TaMT基因的启动子区分布着多种类型的顺式作用元件,包括植物发育、激素响应、胁迫响应、光调节和其他类型。表达分析表明,TaMT基因在小麦不同组织中均能检测到,同时镉胁迫能够诱导TaMT基因在不同品种和小麦组织中发生差异表达。

镉胁迫对紫丁香种子萌发及幼苗生长的影响

本研究以紫丁香种子和幼苗为研究对象,分析了不同浓度(0、5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L)镉胁迫对种子萌发、幼苗生长生理特性及镉积累特性的影响。结果表明,随着镉胁迫浓度升高,种子各项发芽指标呈先升高后降低的趋势,在胁迫浓度为5 mg/L时发芽率最高。异常发芽率在胁迫浓度大于10 mg/L时显著升高(p<0.05)。由回归分析可知,镉胁迫对种子萌发的半致死浓度为29.95 mg/L,极限浓度为50.41 mg/L。镉胁迫对胚根生长的抑制作用要高于胚芽。随着镉胁迫浓度升高,幼苗地上、地下部干重及根冠比呈降低趋势,根系活力、抗氧化酶活性及渗透调节物质含量呈先升后降的趋势,并在胁迫浓度为10 mg/L时最高,MDA含量、质膜透性呈升高趋势,但在胁迫浓度小于10 mg/L时较对照无显著差异;镉转运系数在胁迫浓度为10 mg/L时最高,为0.54,积累量为1.25 mg/g。说明在镉胁迫浓度低于10 mg/L时,紫丁香幼苗能通过自身调节来维持正常生长,对镉胁迫具有一定耐性。

陆地棉耐镉胁迫的遗传与QTL定位分析

【目的】棉花是1种较耐重金属镉的作物,培育与种植耐镉胁迫棉花品种对于镉污染土壤的修复具有重要意义。本文旨在研究陆地棉耐镉性的遗传并对相关数量性状位点(quantitative trait locus, QTL)进行定位分析。【方法】以陆地棉种质HS46和MARCABUCAG8US-1-88为亲本构建的188个重组自交系(recombinant inbred line, RIL)为材料,调查RIL群体在镉胁迫条件下的发芽率、发芽势,以及苗期叶片的叶绿素含量、株高和干/鲜物质质量等表型数据,并计算各家系的镉胁迫系数;采用完备区间作图法对RIL群体的各性状的镉胁迫系数及镉胁迫综合系数进行QTL定位和遗传分析。【结果】MARCABUCAG8US-1-88为耐镉材料,HS46则为镉敏感材料,188个RIL家系的耐镉性相关性状基本服从正态分布,包含强耐镉型材料23份、耐镉型材料49份、中等耐镉型材料67份、镉敏感型材料49份。连锁分析共鉴定到28个与镉胁迫系数相关的QTL,分布于14条染色体上,单个位点解释1.58%~8.41%的表型变异,其中根鲜物质质量镉胁迫系数位点qRFW-13-1在2个环境下均被检测到,分别解释7.66%和7.71%的表型变异。【结论】棉花耐镉性为多基因控制的数量遗传,受环境影响较大,定位到的耐镉QTL qRFW-13-1为稳定QTL,该结果对于棉花耐镉分子育种具有一定的应用价值。

镉胁迫下不同小白菜表型特征、光合能力及镉富集能力研究

为探明不同Cd胁迫浓度对9种小白菜表型特征、光合能力及镉富集能力的影响,筛选出高富集型、低富集型小白菜品种,为小白菜品质安全保障提供理论指导。以9种小白菜为试材,采用营养液膜技术(NFT)栽培方式,设置不同浓度(0、25、50、100 mg/L)镉处理,胁迫96 h后取样,测定各小白菜品种的相对生长率(RGR)、Cd含量、荧光参数、表型参数等。结果表明,随着Cd胁迫浓度的升高,小白菜的RGR整体降低、Cd含量上升,且Cd胁迫浓度越高,品种间差异性越明显,达到显著水平;不同小白菜品种的BCF与TF呈现下降趋势;小白菜植株最大光化学量子产量(F_(v)/F_(m))呈逐渐下降或先上升后下降的趋势、稳态非光化学荧光淬灭(NPQ)呈现先上升后下降或先上升后下降再上升的趋势;实际光量子效率(Φ_(PSⅡ))呈现逐渐下降或先下降后上升再下降的趋势;小白菜叶片出现变窄、变黄、变小的现象,其冠层面积及植株高度与对照组差异达到显著水平。T3浓度下,金品506的冠层面积比对照组减少了65.68%,金品1夏的植株高度比对照组减少了51.35%。综合以上结果,发现不同小白菜品种在Cd胁迫下的Cd富集水平、植株表型特征及光合能力存在差异,并且随着Cd胁迫浓度的增加表现更加明显。其中,金品1夏、金品008对Cd的富集吸收能力较强,可尝试作为Cd富集或超富集能力植物用于修复Cd污染土壤或湿地;奶油快菜、四季小白菜对Cd的富集能力较弱,可作为Cd低富集或土壤警示植物,用于判断土壤是否受到Cd污染以及污染情况。

镉胁迫对酵母细胞质膜功能和细胞壁结构的影响

为了探究重金属镉(Cd)污染的细胞毒性及Cd超富集微生物的选育,以最常用的模式生物酿酒酵母为研究对象,探索了Cd胁迫细胞毒害的靶点及相关基因过表达对细胞抗性的影响。通过基因突变菌株对Cd胁迫生长抑制分析,细胞内活性氧(ROS)和脂质过氧化(MDA)水平的生化检测,探究Cd毒的机制;采用ICP-AES、GC-MS和扫描电子显微镜检测Cd胁迫对细胞内Na/K离子平衡、膜脂组成、细胞壁结构的影响。影响膜脂合成和细胞壁完整性的基因MGA2、PAH1和CHS1突变对Cd敏感,细胞内ROS和MDA水平随Cd处理浓度升高而提高;Cd胁迫破坏细胞Na/K离子平衡,影响细胞脂质代谢,棕榈酸升高、油酸降低;细胞壁的破损率增加,过表达几丁质合成关键基因CHS2有利于维护细胞壁的完整性、提高细胞对Cd的抗性。细胞质膜和细胞壁是Cd胁迫最重要的靶点,为Cd污染的生物治理提供理论基础。

外源谷胱甘肽对镉胁迫下4种紫花苜蓿光合作用和抗氧化酶活性的影响

试验旨在探究在镉污染严重牧区添加外源谷胱甘肽(GSH)对紫花苜蓿的光合作用和抗氧化酶的影响。试验以中苜1号、WL525HQ、甘农3号、甘农9号为试验材料,设置对照组(CK组,Hoagland培养液)、镉处理组(Cd组,Hoagland+15 mg/L Cd)和混合处理组(Cd+GSH组,Hoagland+15 mg/L Cd+25 mg/L GSH)进行水培试验。测定叶片相对含水量(RWC)、叶绿素含量(SPAD)、气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)、胞间CO_(2)浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)以及丙二醛(MDA)含量、脯氨酸(Pro)含量和抗氧化酶活性。结果表明:与Cd组相比,Cd+GSH组各品种紫花苜蓿的RWC、SPAD、Gs、Pn、Ci、Tr均有一定程度的提高。与Cd组相比,Cd+GSH组各品种的MDA含量显著降低(P<0.05),WL525HQ、甘农3号、中苜1号添加外源GSH后Pro含量显著降低(P<0.05)。与Cd组相比,Cd+GSH组各品种过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性显著降低(P<0.05),甘农9号和甘农3号超氧化物歧化酶(SOD)活性显著降低(P<0.05),WL525HQ、甘农9号、甘农3号过氧化氢酶(CAT)的活性显著提高(P<0.05)。研究表明,添加外源GSH后可缓解镉污染严重牧区紫花苜蓿受到的镉的毒害作用,降低氧化损伤,提高其适应能力,且紫花苜蓿各生理指标间具有一定的相关关系。

镉胁迫对忍冬抗氧化酶活性及内源激素含量的影响

为研究Cd胁迫下忍冬(Lonicera japonica Thunb.)抗氧化酶活性和内源激素水平的响应变化,采用土培试验,设置不同Cd处理(0、2.5、5、10、25、50和100 mg/kg),分析植株生物量、叶片丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性以及生长素(IAA)、赤霉素(GA_(3))、脱落酸(ABA)的含量。结果表明:2.5 mg/kg Cd处理时地下部生物量增加20.93%,超过25 mg/kg Cd处理时地下部、地上部生物量均显著下降,最多降低了28.78%和40.92%。在各Cd处理下,叶片MDA含量没有受到显著影响;SOD和POD活性显著增强,CAT活性先升高后降低,APX活性没有受到显著影响。叶片IAA、GA_(3)含量、GA_(3)/ABA和IAA/ABA先升高后降低;ABA含量升高,比对照最多增加55.88%。相关性分析表明,忍冬叶片中抗氧化酶SOD、POD活性与GA_(3)含量存在显著负相关性,与ABA含量存在显著正相关性;而CAT活性则与IAA和GA_(3)含量存在显著正相关性,与ABA存在显著负相关性。忍冬对Cd的耐受能力很强,在各Cd胁迫处理下没有受到明显的过氧化损伤,其较强的抗氧化酶活性和大量累积的ABA可能是重要保护机制。

甜菜镉胁迫应答基因ZAT10的克隆与功能预测

【目的】为了预测甜菜锌指蛋白BvZAT10(LOC 104901462)的结构特点和功能。【方法】以甜菜‘780016B/12优’为试验材料,对BvZAT10基因进行了克隆及生物信息学分析,并利用甜菜响应镉胁迫的转录表达谱数据探究了该基因在镉胁迫下的应答特性。【结果】BvZAT10编码区全长729 bp,编码242个氨基酸,是一种碱性不稳定亲水性蛋白,具有2个C2H2型锌指结构域。该基因编码蛋白共有36处磷酸化修饰位点,蛋白结构以无规则卷曲为主,系统发育分析发现BvZAT10与菠菜和藜麦的ZAT10亲缘关系最近。BvZAT10启动子序列包含植物激素响应、光响应及抗逆相关的多种作用元件。在1、3、5 mmol/L CdCl_(2)处理下,BvZAT10及其预测调控的大部分靶基因,如金属耐受蛋白11(BVRB_2g037080)和ABCG家族成员22(BVRB_5g109050)等,均受到了镉胁迫的正向调控。【结论】推测BvZAT10可能直接或间接地在甜菜应答镉胁迫中发挥重要作用,可将其作为潜在优势抗逆基因深入开展后续研究。