CdCl_(2)胁迫对甘蔗幼苗根系细胞壁Cd积累的影响

【目的】探究镉(CdCl_(2))胁迫下甘蔗幼苗根系细胞壁Cd的积累特点及Cd对甘蔗种茎初生根的影响,为在土壤Cd超标区域推广种植甘蔗新品种提供参考依据。【方法】以新选育的中蔗1号(Z1)和中蔗6号(Z6)为试验材料,开展不同浓度(1.0、2.0和5.0μmol/L)CdCl_(2)胁迫水培试验,测定甘蔗幼苗根系的Cd含量和细胞壁中的Cd积累量、果胶和半纤维素含量及甘蔗种茎初生根的相对伸长率和根尖活力等指标,分析根系细胞壁在缓解Cd毒害中的作用并评价2个甘蔗新品种的Cd耐受性。【结果】1.0、2.0和5.0μmol/L CdCl_(2)处理Z1和Z6幼苗根系的Cd含量分别约为其叶片Cd含量的136、124和116倍;甘蔗根系对Cd具有较强的截留能力,其中5.0μmol/L CdCl_(2)处理甘蔗幼苗根系中的Cd有57.50%位于根系细胞壁中,而细胞壁中的Cd有95.00%以上积累在果胶和半纤维素组分中,且随着CdCl_(2)胁迫浓度(1.0、2.0和5.0μmol/L)的提高积累在果胶组分中Cd的比例(18.71%、28.52%和36.28%)显著增加(P<0.05,下同)。同时,甘蔗幼苗根系细胞壁的果胶含量、果胶甲酯酶(PME)活性和去甲酯化果胶含量也随着CdCl_(2)胁迫浓度的提高而增加,使得更多的Cd被细胞壁果胶所吸附固定。CdCl_(2)胁迫下Z1根系和叶片的Cd含量显著高于Z6,而根系相对伸长率和根尖活力与Z6相近,表明Z1对Cd的耐受性强于Z6。【结论】在CdCl_(2)胁迫下,甘蔗幼苗根系的细胞壁是Cd积累的主要部位;CdCl_(2)胁迫致使甘蔗根系细胞壁果胶组分含量增加,PME活性提高,果胶甲酯化程度降低,细胞壁对Cd的结合能力提高,使得更多的Cd被根系细胞壁所吸附积累。

不同长度ThVHAc1基因启动子片段分离及活性分析

[目的]VHAc基因(V-ATPase c亚基)是V-ATPase的重要亚基,能响应盐、重金属等胁迫,过表达刚毛柽柳ThVHAc1基因的酵母能提高抗CdCl_2耐NaCl能力。本研究拟通过分离ThVHAc1基因不同长度启动子片段并对其胁迫后活性进行分析,以进一步探讨ThVHAc1基因响应CdCl_2和NaCl胁迫的机制。[方法]根据ThVHAc1基因启动子中含有的Dof顺式作用元件的分布,将ThVHAc1基因上游启动子分为205 bp(-1—-205),504 bp(-1—-504)和781 bp(-1—-781)3个不同长度片段。将这些不同长度启动子片段分别替换p CAMBIA1301载体上的CaMV35S启动子,以驱动GUS基因表达,构建植物表达载体,利用农杆菌介导法转化拟南芥。对4周龄的T4代转基因拟南芥分别进行H_2O(非胁迫处理,对照)、100 mmol·L^(-1)NaCl和150μmol·L^(-1)CdCl_2胁迫处理,比较不同转基因株系的GUS染色和GUS酶活性。[结果]正常生长条件下,CaMV35S株系在根、茎、叶中均有GUS染色;3个启动子片段转基因株系均能在不同组织观察到GUS染色,且在根、茎、叶中有一定差异,但整体上GUS酶活性表现为781>504>205。NaCl胁迫下,CaMV35S株系的GUS染色及酶活性与正常生长条件相比无明显变化,但3个启动子片段转基因株系的GUS染色及酶活性均显著降低,且781株系的GUS酶活性分别为205和504株系的2.73和2.07倍;同时,3个启动子片段转基因株系的组织表达特性发生了一些改变,如,504株系在老叶中表达明显增强,嫩叶中减弱,根中无明显变化。CdCl_2胁迫下各转基因株系的GUS染色和酶活性变化趋势与NaCl胁迫相似。CdCl_2胁迫下,205,504,781株系的GUS酶活性分别为非胁迫时的52.4%,57.9%和80.9%;胁迫后的组织表达活性也发生了一些改变,205株系的GUS染色在老叶较深、嫩叶较浅,504株系则在各部分的表达较均匀,781株系大多叶片的GUS表达减弱;但781株系的GUS酶活性仍然最高,分别为205和504株系的2.67和2.07倍。[结论]ThVHAc1基因启动子片段的驱动活性与长度呈正相关;各不同片段启动子在根、茎、叶中的GUS染色及活性具有一定差异,体现在不同启动子片段的表达活性具有一定的组织特异性。NaCl和CdCl_2胁迫对ThVHAc1基因启动子的驱动能力具有一定影响,胁迫后各启动子片段转基因株系GUS酶活性均显著降低,但长片段受胁迫的影响程度低于短片段。Dof元件的数量在3个启动子片段中依次减少,表明Dof元件可能对NaCl和CdCl_2胁迫有一定的调节作用。同时,NaCl和CdCl_2胁迫对ThVHAc1基因启动子的组织表达特性具有一定的影响。