镉超富集植物东南景天根系分泌物的代谢组学研究

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1、镉超富集植物东南景天根系分泌物的代谢组学研究镉超富集植物东南景天根系分泌物的代谢组学研究1引言　　代谢组学是研究生物体受刺激或扰动而引起的体内代谢物动态变化的科学^[1]，广泛应用于疾病诊断、药物研发、毒理学及药物作用机制研究等领域[2～8]。目前，代谢组学检测技术包括核磁共振技术和质谱技术，其中气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）在代谢组学研究中有着非常重要的应用，其方法成熟，灵敏度高，而且有许多数据检索库，有助于代谢物的定性分析。　　根系分泌物是植物为了增加营养物质的摄取或适应外界环境的胁迫而通过根系向周围环境

2、分泌的小分子有机酸、氨基酸、脂肪酸、糖等物质，它可通过改变根际土壤的pH值与氧化还原电位（Eh）值、与重金属发生螯合或络合沉淀等化学反应、影响土壤微生物的数量和活性等，直接或间接地影响重金属在土壤中的结合形态及生物有效性^[9]。目前，对超富集植物根系分泌物的研究主要集中在柠檬酸和草酸等小分子有机酸、总有机物或总有机碳上[10～13]，而对超富集植物根系分泌物的组成成分分析及其在不同处理条件下的变化趋势的研究较少。　　本研究应用基于GC-MS本文由.LG-2200氮气吹扫仪、FDU-1100真空冷冻干燥系统（Tok

3、yoRikakikai公司）。　　甲醇（色谱纯，Fisher公司）;吡啶（色谱纯，国药集团）;N-甲基-N-（三甲基硅烷）三氟乙酰胺（N-Methyl-N-trimethylsilyltrifluoracetamide，MSTFA）、甲氧胺盐酸盐（Sigma公司）;营养液组成物质及CdCl2（国药集团）;实验用水为Milli-Q去离子水。　　2.2植物材料和培养方法　　以浙江省衢州市古银矿生态型超富集型东南景天为供试植物。选择生长良好、粗细基本一致的植物材料，截取含顶芽的5cm长带叶枝条，用300mL黑色塑料瓶培养。先用去离子水进行预培养（约4天），然后转移

4、至营养液培养（营养液组成参见3结果与分析　　3.1GC-MS分析结果　　0和40μmol/L镉处理4天和8天后，超富集植物东南景天根系分泌物的GC-MS总离子流色谱图（TIC）见图1。通过对GC-MS数据分析，共鉴定出其中58种化合物，包括乳酸、草酸、琥珀酸等一系列小分子有机酸，缬氨酸、丙氨酸、丝氨酸、甘氨酸等一系列氨基酸，木糖、果糖、葡萄糖等糖类，十二烷醇、核糖醇、松醇、胆固醇等醇类，及磷酸、月桂酸、十八烯酸等小分子代谢物。　　A.0μmol/LCdtreatmentfor4days;B.40μmol/LCdtreatmentfor4da

5、ys;C.0μmol/LCdtreatmentfor8days;D.40μmol/LCdtreatmentfor8days.　　部分已鉴定的根系分泌物质：1.丙三醇（Glycerol-3TMS）;2.苏糖酸（Threonicacid-4TMS）;3.核糖醇（Ribitol-5TMS）;4.十四烷酸（Tetradecanoicacid-1TMS）;5.十六烯酸（9-Hexadecenoicacid-1TMS）;6.十六烷酸（Hexadecanoicacid-1TMS）;7.十八烯酸（OlEicacid-1TMS）;8.十八烷酸（Octadecano

6、icacid-1TMS）;9.二十二烷（n-Docosane）;10.单十六醛丙三醇（1-Monohexadecanoylglycerol-2TMS）;11.海藻糖（Trehalose-8TMS）;12.胆固醇（Cholesterol-1TMS）。　　取同一样品连续进样7次，计算各色谱峰相对峰面积的相对标准偏差。结果表明，各色谱峰的相对标准偏差（RSD）低于10%。　　3.2不同镉处理条件下东南景天根系分泌物的模式识别分析　　将已鉴定的58种根系分泌物质通过无监督的主成分分析（PCA）和有监督的正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA），进行不同镉处理4天和8

7、天间东南景天根系分泌物的模式识别，结果见图2。　　通过对已鉴定的58种根系分泌物质的PCA分析发现（图2A），同一镉处理浓度下，不同镉处理时间东南景天根系分泌物样品能显著区分;而相同镉处理时间，不同镉处理浓度，东南景天根系分泌物样品也能区分，除了0与40μmol/L镉处理8天后的样品有部分重叠。　　通过进一步的OPLS-DA分析发现（图2B），相同处理条件下东南景天根系分泌物样品能明显的聚集在一起，而不同处理条件间东南景天根系分泌物样品能显著区分。　　PCA和OPLS-DA的分析结果表明，东南景天根系分泌物的组成或含量在不同处理条件间明显不同。这一结果

8、符合先前研究，土壤结构、植物种类、植物生长时期、营养