论文部分内容阅读
土壤镉污染对生态环境及人类健康所造成的潜在危害已引起日益广泛的关注。降低植物产品重金属含量可以从两个方面着手:1)降低土壤重金属的浓度和活性;2)选用在食用部位累积量小的作物品种。在现阶段土壤污染问题不能较快解决的情况下,通过种植低累积镉的作物品种来达到降低农产品中镉含量,生产符合食品安全标准的农产品显得极其重要和迫切。
菜心(Brassica parachinensis)是华南地区特有的蔬菜品种,因其消费量大,安全问题备受重视。本研究采用溶液培养,筛选低积累镉的菜心品种;并在此基础上,研究了不同Cd浓度下,菜心地上部和地下部的Cd含量、菜心的生长、光合作用以及菜心根系活力和根系脯氨酸含量等指标;分离了根系细胞壁,收集了菜心的木质部汁液,测定了相关的生化活性物质;克隆了植物络合素合酶(PCS)基因片段,并研究了Cd对其表达的影响。试图得到典型品种的Cd耐性差异,以及累积和耐性差异的机理。主要结果如下:
1、筛选出了低累积镉的菜心品种--绿宝701。在供试的菜心品种中,绿宝701地上部Cd含量低,地上部Cd含量相当于含量最高品种的28％,相当于平均地上部Cd含量的45％。以地上部与地下部Cd含量比值的百分数表示Cd的转运系数,绿宝701在供试品种中Cd转运系数最低。
2、比较了Cd累积差异品种绿宝701和迟心4号的耐性差异。实验结果表明:在Cd胁迫下绿宝701的叶绿素含量和光合速率明显高于迟心4号。脯氨酸含量和根系活力的变化也表明绿宝701对Cd的抗性强于迟心4号。因此绿宝701是一种Cd低累积耐性品种,迟心4号是敏感的高累积品种。而不同品种之间Cd转运系数的差异不是由于它们蒸腾作用的差异造成的。通过测定膜脂过氧化终产物MDA的含量和抗氧化酶的活性,认为绿宝701和迟心4号菜心在0.5 μmol/L和5 μmol/L的Cd环境下,氧化胁迫不是菜心Cd毒害的主要原因,抗氧化酶也不是菜心耐Cd的主要机制。
3、测定了两种菜心根系细胞中Cd的分布。结果显示,绿宝701菜心根系细胞壁中Cd的绝对含量和Cd在细胞壁中所占的比例都显著高于迟心4号。绿宝701菜心能保持更多的Cd在细胞壁中,减少了Cd进入细胞内,应该是绿宝701菜心Cd转运系数低、耐性强的主要原因之一。
4、测定了两种菜心根系中植物络合素(PCs)的含量。不同浓度Cd处理时,绿宝701菜心根系PCs的量高于迟心4号。绿宝701根系中更多的PCs,可能与Cd络合成为大分子复合物,贮存在根中,减少了Cd向地上部的运输。PCs与Cd络合形成的复合物毒性较低,因而增强了Cd的耐性。
5、收集和测定了两种菜心木质部汁液中的Cd和其它金属离子及氨基酸、有机酸、谷胱甘肽、非蛋白巯基的含量。结果显示,与迟心4号地上部Cd含量高相一致,迟心4号菜心木质部汁液中Cd浓度明显高于绿宝701。迟心4号菜心木质部汁液中小分子有机酸含量高,可能与木质部汁液中有机酸与Cd的结合促进Cd在木质部的运输有关。
6、克隆了菜心植物络合素合酶(PCS)的cDNA片段BpPCSl,并研究了该基因在Cd环境下的表达情况。根据已知植物络合素合酶的cDNA序列,设计简并引物,从菜心cDNA中扩增出一个片段,该片段大小为1070bp,编码356个氨基酸,同源性比较表明,该基因与拟南芥植物络合素合酶同源性达93％。说明已从菜心中克隆到植物络合素合酶基因cDNA片段。Cd影响BpPCSl的表达,绿宝701和迟心4号菜心品种中,BpPCSl都主要在根部表达,且表达受Cd的诱导。不同浓度的Cd处理时,绿宝701根中的BpPCSl表达量均比迟心4号根中的BpPCSl表达量高。与根中PCs含量的测定结果相一致。