Cu2+、Cd2+胁迫下小麦幼苗的生理响应及抗氧化机制研究

论文摘要

重金属是一类重要的环境污染物,研究其在小麦体内的迁移、富集、毒性、解毒及抗性机理,对于小麦的“优质、高产、高效、生态、安全”生产具有重要的指导意义。本文以河南省主栽品种矮抗58为试验对象,通过室内水培试验,研究不同浓度、不同时间Cu2+、Cd2+胁迫下,比较对小麦幼苗生长的毒性效应、Cu、Cd的吸收累积、细胞内含量分布、化学形态分析以及对矿质元素吸收的影响;并应用分子生物学技术,探索小麦幼根受胁迫生长过程中,抗氧化酶活性和基因表达水平（实时荧光定量PCR,real-time Q-PCR）等方面的异同点。主要研究结果如下:1. Cu2+、Cd2+胁迫直接影响小麦的生长发育。高浓度Cu2+、Cd2+抑制幼根和幼叶生长生长、干物质积累、根系生长。相同浓度下,Cd2+对小麦的抑制作用大于Cu2+。2.外源Cu2+、Cd2+供给下,幼根、幼叶中Cu、Cd含量和积累量与浓度呈正相关,其中幼根中Cu2+、Cd2+含量高于幼叶。3.小麦幼根在Cu2+胁迫下,细胞壁是的主要储存库,其次为细胞质;Cd2+胁迫下,细胞质中含量最高,细胞壁次之,其它细胞器中重金属含量较低。4. Cu2+胁迫下,幼苗中以80 %乙醇提取的以Cu（NO3）2和CuCl2为主的活性较强的无机盐及氨基酸盐占优势;Cd2+胁迫下,小麦幼苗以NaCl提取态的Cd2+的果胶酸结合态、蛋白结合态和吸附态等形式存在,有利于降低植物生长代谢活性造成的毒害。5.分析外源Cu2+、Cd2+对小麦幼苗中营养元素K、Ca、Mg、Na、Fe、Mn、Zn和B吸收和相关关系,发现除Na、Zn外,Cu2+对小麦幼苗中其它六种矿质元素的吸收存在明显的拮抗作用;Cd2+对K、Zn、Mg、Na、Fe、Mn、B等七种元素的吸收存在明显的拮抗作用;Cd2+对营养元素的抑制吸收作用大于Cu2+。6.比较Cu2+、Cd2+胁迫对小麦幼根抗氧化酶活性和基因表达的影响,发现除SOD外,Cu2+胁迫下抗氧化酶活性均低于Cd2+胁迫,酶活性变化的强弱表现为SOD>POD>GST;在mRNA水平受Cu2+的抑制效应强,基因表达强度依次为:GST>POD>Cu/ZnSOD。重金属胁迫下,酶活性变化和基因表达存在不一致性,推测原因为转录及翻译水平的调控存在时间和空间上的不一致性,以及与转录后的多种修饰和调控作用有关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 2+、Cd²⁺在植物体内的吸收积累'>1.2.1 Cu²⁺、Cd²⁺在植物体内的吸收积累
• 2+、Cd²⁺胁迫对植物的毒害效应'>1.2.2 Cu²⁺、Cd²⁺胁迫对植物的毒害效应
• 2+、Cd2胁迫的抗性机理'>1.2.3 植物响应Cu²⁺、Cd2胁迫的抗性机理
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 技术路线
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 供试材料
• 2.1.2 主要试剂和仪器设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 材料培养与处理
• 2.2.2 小麦植株形态指标测定
• 2.2.3 Cu、Cd 和其他矿质元素含量测定
• 2.2.4 幼根中抗氧化酶活性测定
• 2.2.5 Real-time Q-PCR 分析抗氧化酶基因表达
• 2.3 统计分析
• 3 结果与分析
• 2+、Cd²⁺胁迫对幼苗生长发育的影响'>3.1 Cu²⁺、Cd²⁺胁迫对幼苗生长发育的影响
• 3.1.1 对幼苗生长的影响
• 3.1.2 对幼根和幼叶干物质积累的影响
• 3.1.3 对幼苗根系生长的影响
• 2+、Cd²⁺胁迫对幼苗植株Cu、Cd 累积及其他矿质元素吸收的影响'>3.2 Cu²⁺、Cd²⁺胁迫对幼苗植株Cu、Cd 累积及其他矿质元素吸收的影响
• 3.2.1 Cu、Cd 在幼苗植株不同器官的吸收累积
• 2+、Cd²⁺在幼苗细胞内的分布'>3.2.2 Cu²⁺、Cd²⁺在幼苗细胞内的分布
• 3.2.3 幼苗中Cu、Cd 化学形态变化
• 3.2.4 对幼苗矿质营养元素吸收特性的影响
• 2+、Cd²⁺胁迫对幼根抗氧化酶活性变化的影响'>3.3 Cu²⁺、Cd²⁺胁迫对幼根抗氧化酶活性变化的影响
• 3.3.1 对幼根SOD 活性变化的影响
• 3.3.2 对幼根POD 活性变化的影响
• 3.3.3 对幼根中GST 活性变化的影响
• 3.4 Real-time Q-PCR 检测抗氧化酶基因表达方法的建立
• 3.4.1 幼根总RNA 的质量检测
• 3.4.2 PCR 扩增抗氧化酶靶基因引物的特异性
• -△△Ct 方法确认'>3.4.3 引物反应性确认和2^-△△Ct 方法确认
• 2+、Cd²⁺胁迫对幼根抗氧化酶基因表达的影响'>3.5 Cu²⁺、Cd²⁺胁迫对幼根抗氧化酶基因表达的影响
• 3.5.1 对幼根Cu/ZnSOD 表达的影响
• 3.5.2 对幼根POD 表达的影响
• 3.5.3 对幼根GST 表达的影响
• 4 讨论
• 2+、Cd²⁺胁迫对小麦幼苗生长的影响'>4.1 Cu²⁺、Cd²⁺胁迫对小麦幼苗生长的影响
• 2+、Cd²⁺胁迫后在小麦植株内的累积及对其他矿质元素吸收的影响'>4.2 Cu²⁺、Cd²⁺胁迫后在小麦植株内的累积及对其他矿质元素吸收的影响
• 4.2.1 Cu、Cd 在幼苗植株不同器官的吸收累积
• 4.2.2 Cu、Cd 在小麦幼苗细胞内的分布
• 4.2.3 小麦幼苗体内Cu、Cd 的化学形态变化
• 4.2.4 对小麦幼苗矿质元素吸收的影响
• 2+、Cd²⁺胁迫对小麦幼根抗氧化酶和基因表达特性的影响'>4.3 Cu²⁺、Cd²⁺胁迫对小麦幼根抗氧化酶和基因表达特性的影响
• 4.3.1 对小麦幼根抗氧化酶活性变化的影响
• 4.3.2 对小麦幼根抗氧化酶基因差异表达影响
• 4.3.3 小麦幼根抗氧化酶转录活性与酶活性的比较
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录