玉米zea mays对cd pb胁迫响应的品种间差异及机理研究

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1、代全林：玉米(Zeamays)对cd、Pb胁迫响应的品种闻差异及机理研究玉米(Zeamays)对Cd、Pb胁迫响应的品种间差异及机理研究专业：生态学博士生：代全林指导老师：杨中艺教授摘要土壤中的重金属污染由于难以觉察，很容易通过食物链对人体构成危害。传统的修复方法由于很多局限性，难以对我国量大面广的农田重金属污染进行修复。本课题组首次提出了从传统农作物中筛选抗污染品种(Pollution-safeVariety，简称PSV)，并用来对农田重金属污染进行修复的新策略，对于我国乃至世界农田重金属污染修复都有重要的意义。本研究以玉米为对象，测定了25个玉米品种不同器官在重金属(Cd

2、和Pb)胁迫下积累和吸收重金属能力的差异，证明了玉米Cd．PSV和Pb．PSV存在的可能性，然后从组织学、生物化学、细胞学、生理学特性等方面比较了玉米Cd-PSV和Pb．PSV与其它富集特征玉米品种的差异，最后应用抑制性扣除杂交法(SSH)结合差异显示法和反式Northern杂交方法研究了Cd-PSV对cd胁追响应和适应的分子生物学机制。主要结果如下：1．在轻度Cd和Pb胁迫下，玉米的Cd-PSV和Pb．PSV是普遍存在的；在重度Cd胁迫下(浓度16．5mg．k91)，推荐品种No．1、No．2和No．3为Cd-PSV(全文玉米品种均以根系Cd含量降序编号)，中度Pb胁迫下(

3、浓度595。6m譬k91)，推荐品种No．5、№．23、№．22和No．13为Pb．PSV。2．0．1mMCd胁迫下，相对于其它品种，Cd．PsV品种No．1、No．2和No．3根和叶的细胞壁承担了更大的减轻cd毒害的功能，体内的cd主要以弱结合态、磷酸盐及草酸盐等难溶的形式存在，可溶性盐的比例较低。品种No．7体内cd主要以活性较强的乙醇、I-120和NaCI可提取态存在，所受的毒害主要集中在叶绿体、线粒体和细胞核上。品种No．25根部的细胞壁对Cd具有更强的阻碍作用，细胞核、线粒体和叶绿体受到的Cd毒害较强。亚显微结构研究表明，Cd胁迫下品种No．1叶绿体、线粒体和细胞核

4、对Cd具有更强的耐性，受到损伤最轻，与品种No．2的差别主要表现在线粒体对Cd的耐性上。品种No．7代全林：玉米(Zeamays对cd、Pb胁迫响应的品种间差异及机理研究的叶绿体、线粒体等均受到严重的损伤，但对Cd仍保持了较高的耐性，在降低Cd毒害方面可能存在其它机制。品种No．25根部细胞壁和细胞膜限制了对cd的进一步吸收，但其它细胞器仍受到较严重的损伤。所测的SOD、POD和CAT对Cd胁迫均有一定的应激反应和耐受能力。随着Cd浓度的升高，品种No．1和No．2的抗性酶活性大于其它品种或居于前列，其中POD和CAT活性在时间顺序上有一定的互补性，由此而缓解了MDA浓度的升

5、高，品种No．2和No．3除了抗氧化酶系统外，还可能存在其他的抗氧化机制。品种No．7根部三种酶活性较高，但其地上部分POD活性在高Cd浓度时出现较大幅度下降，使MDA含量上升。品种No．24和No．25地上部分SOD活性和品种No．25地上部分CAT活性可能成为吸收Cd的颈瓶，它们对Cd的解毒贡献不大，导致了MDA含量较大幅度上升。3．10raMPb胁迫下。相对于其它品种，Pb．PSVNo．5、No．23和No．22中Pb的迁移能力更弱，品种No．5的NaCl提取态仅在Pb诱导后才出现，可能有Pb诱导的蛋白参与了解毒。品种No．12体内Pb的迁移能力更强，根部质体受到Pb毒

6、害的风险较大，地上部分Pb富集能力较强，对Pb有较强的解毒功能。品种No．14和No．19体内Pb具有更强的转运能力，体内可能存在其它的解毒机制。Pb胁迫下，相对于其它品种，品种No．5的细胞壁、细胞膜、叶绿体具有更强的耐性，线粒体和细胞核的耐性居前列。品种No．12根部细胞壁、细胞膜受损伤最严重，但其叶绿体、细胞核和线粒体受到却较轻，尚有较大的耐受潜力；Pb对品种No．14和No．19的毒害主要集中在叶绿体和线粒体上。与其它品种相比，Pb胁迫下，品种No．5和No。23的抗氧化酶系统中可能起着更加重要的作用，随着胁迫浓度的升高这种作用有加强的趋势，品种No．22的SOD和C

7、AT对Pb的解毒贡献不大。品种No．12POD对Pb胁迫缺乏耐受性，而SOD和CAT表现较强的适应机制。品种No．14和No．19抗氧化酶系统的效率不如其它品种，它们对降低Pb毒害的能力很低，导致了根部MDA含量增加。4．应用SSH结合差异显示法和反式Nonllem杂交，分离到了一些与Cd胁迫相关的cDNA片段，这些片段与包括金属硫蛋白基因(MT)等已经被证实的Cd透导基因具有显著的同源性。在Cd胁迫的第一阶段(0．1h)分离出了与人类zn转运蛋白和类人猿的一个待确定的蛋白具有显著同源性的克隆。在第二阶