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镉是一种危害严重的污染物,从多个方面影响植物的生长发育,包括降低作物产量,影响植株生长直至植物体死亡。自然生长的植株是潜在的,易受镉毒害的对象,为了应对镉胁迫,植物会采取一些自卫行为,包括建立起一套物理、生化或者分子的屏障。其中,植物激素,尤其是SA和JA,在植物应对镉胁迫行为中越来越受到人们的重视。除了激素之外,植物体中的抗氧化和非抗氧化系统同样有应对镉胁迫的能力。其中生育酚作为植物非抗氧化系统中的一种组分,尤其是α-生育酚,其具有保护多元不饱和脂肪酸(PUFA)不受ROS的氧化的作用。本研究以此为基础,探究了外部施用SA和JA对植物镉胁迫的缓解能力,同时,探究了两种具有不同种子含油量的油菜品种,结合其种子中生育酚的含量水平,分析油菜基因型差异对镉胁迫的变化。 1)喷施水杨酸(SA)对甘蓝型油菜镉毒害的缓解作用及机理为了分析水杨酸在植物镉胁迫条件下的潜在作用,本实验选用了三种基因型的甘蓝型油菜品种,测定了甘蓝型油菜在镉胁迫下的一些生理指标,包括气体交换参数、光和色素、抗氧化酶活性、矿质营养浓度以及细胞超微结构分析。值得关注的是,镉胁迫降低了植株的气体交换参数、光和色素以及矿质营养元素(钙、镁、离子)的含量,另外,过氧化氢酶(CAT)活性也降低。然而,丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶、镉、锌积累量却显著增加。SA作为潜在的有效缓解镉毒害的物质,缓解了镉毒害引起的一系列植株生理参数的变化,除了植株体内CO2浓度,SA的处理,会进一步降低植株体内的CO2浓度。此外,在增强植株体内超氧化物歧化酶(SOD)、氧化物酶(POD)、抗坏血酸氧化物酶(APX)、愈创木酚过氧化物酶(GPX)、谷光氨肽还原酶(GR)和降低过氧化氢酶(CAT)的活性上,镉和SA具有协同效应。除了影响植株中酶活性外,镉和水杨酸(SA)对钙、镁的浓度均有抑制作用。水杨酸可以有效缓解镉毒害对植株体叶绿体及其它植株内部细胞器的伤害。具体表现在,水杨酸(SA)可以促进植株的光合能力,增强植株的抗氧化酶活性,抑制脂质的过氧化以及对镉的吸收。以上结果表明,水杨酸作为一种潜在的镉毒害缓解物质,能有效促进油菜体内的一系列耐镉生理机制。 2)茉莉酸提高甘蓝型油菜抗镉毒害能力的作用及机理本研究以不同基因型的油菜为材料,观察了茉莉酸(JA)在缓解镉毒害的具体表型,并进一步分析了潜在的分子机理。一般来说,镉对植物的毒害包括破坏叶绿体结构,抑制光合色素的活性,扰乱植物内部营养运输的平衡以及破坏生物膜的结构。已有报道研究发现,茉莉酸能够缓解多种胁迫,包括盐胁迫和干旱胁迫。但是关于茉莉酸在重金属胁迫下的缓解作用,却报道很少。更重要的是,油菜中金属镉和茉莉酸的相互作用机理,研究报道的更加少。本研究中,我们发现,茉莉酸作为一种“胁迫缓解因子”,可以有效增强油菜对镉毒害的抵抗能力。茉莉酸可以降低油菜叶片中镉的吸收量,同时降低镉对膜结构的伤害,降低丙二醛的含量以及增强植株对矿质元素的吸收,另外,JA可以有效缓解镉对植株叶绿体结构的破坏,最终增加了植株气体交换系数以及叶绿素的含量。此外,茉莉酸还调节抗氧化酶活性,增强植株内部免疫能力。同时我们也探索了对此植株免疫系统的调控手段。 综上所述,本研究证明了茉莉酸可以有效缓解重金属镉对油菜的伤害程度,并提供了在镉胁迫中,使用茉莉酸提供保护的详细信息,同时,本实验有助于我们了解水杨酸在提高油菜抗重金属能力的分子机理。 3)生育酚对增强油菜的抗镉胁迫能力具有重要作用两个含油量不同的油菜基因型(Jiu-Er-13XI以及浙油-50)用来进行镉胁迫的水培实验。不同的基因型对镉胁迫的耐性表现不同。镉处理对两种基因型油菜都有不利影响,但在低油油菜品种中的影响相对较严重。低油品种中积累了较多的损害叶绿体结构、降低细胞色素的ROS,总脂肪酸和亚油酸(C18∶2)、亚麻酸(18∶3)的含量都显著降低,我们推测是由于丙二酮的含量增加。镉胁迫下,低油品种Jiu-Er-13XI的根和茎中积累了更多的镉,而且生育酚的含量也显著降低。相比之下,浙油-50受镉胁迫影响较小,根和茎中的镉含量、ROS、丙二醛含量也比低油品种中低,其中生育酚含量,尤其是α-生育酚组分,显著高于Jiu-Er-13XI。我们发现,浙油-50中生育酚合成基因的早期高表达也可以支持这一结果。生育酚不仅抑制了根和茎镉的吸收,同时清理了细胞过氧化过程中产生的ROS。另外,较低水平的丙二醛含量表明叶绿体膜中的多元不饱和脂肪酸是完整的。本研究中,浙油-50对镉胁迫的耐性表现高于Jiu-Er-13XI,我们推测是由于高油植物含有较高的生育酚含量。