重金属镉与复合盐碱胁迫下入侵植物黄顶菊DNA表观遗传变异特征与生理生态响应

发布时间：2020-03-29 19:58

【摘要】：为探究入侵植物黄顶菊(Flaveria bidentis)在非生物胁迫生境下的耐受性,本研究选取重金属镉(Cd)污染与复合盐碱胁迫两种典型生境,通过网室盆栽试验分别模拟2、4和8 mg·kg~(-1)三种浓度的镉污染生境,以及盐浓度均为150 mmol·L~(-1),pH分别为7.50、8.22、8.96和9.63的盐碱污染生境,通过测定不同处理下黄顶菊的生长及生理生态指标分别研究其对两种胁迫生境的可塑性反应,利用甲基化敏感扩增多态性(Methylation Sensitive Amplification Polymorphism,MSAP)技术对不同处理下黄顶菊叶片基因组DNA甲基化变异特征进行分析,并进一步探索黄顶菊表型可塑性与表观遗传变异之间的相关性,相关研究结论将为入侵植物黄顶菊的生态适应性机理的阐明和深入理解植物的入侵性提供重要的理论依据。主要的研究内容和结果如下:1.黄顶菊在低中浓度Cd污染下有较强的耐受性,而高浓度Cd污染下植物的调节能力减弱。对黄顶菊生长指标测定发现Cd浓度小于4 mg·kg~(-1)时,黄顶菊株高、根长和生物量变化不显著,而达到8 mg·kg~(-1)时与对照组相比显著降低,生长发育受到显著的抑制作用。对其保护酶活性研究发现超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)三种酶活性随着Cd浓度的升高呈现先升高后降低的趋势,但均高于对照组,说明植物保护酶对Cd的调节能力有限。黄顶菊各组织Cd含量测定发现Cd浓度的升高抑制黄顶菊对其富集与转移的能力,Cd在黄顶菊植株体内含量表现出根叶茎的规律,随着Cd浓度的升高,地上部富集系数与根部富集系数均呈现先升高后降低的趋势,均在Cd浓度为4 mg·kg~(-1)时达到最大值,且高浓度Cd污染降低了黄顶菊的转移系数与耐性指数。表型可塑性研究发现黄顶菊主要通过维持根和叶生物量过程积累营养物质,并通过调节Cd在体内的积累适应重金属污染生境。2.黄顶菊对低pH的复合盐碱生境有一定的耐受性。对黄顶菊生长指标及光合生理指标测定,发现高pH抑制黄顶菊株高、根长及生物量,低pH下复合盐碱胁迫促进黄顶菊光合作用,pH达到9.53时净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均受到显著抑制。保护酶活性研究表明初期黄顶菊主要通过SOD和POD酶清除活性氧,后期通过CAT进行调节。对黄顶菊叶片渗透调节物质测定发现pH在7.50-8.96之间的复合盐碱胁迫下游离脯氨酸对膜系统起到了一定的保护作用,叶片的可溶性糖对盐碱环境较为敏感。盐碱胁迫下黄顶菊根生物量、气孔导度、电解质外渗率和游离脯氨酸的表型可塑性指数较高(PPI0.5),表明黄顶菊主要通过改变根生物量以及控制气孔开度吸收并积累营养物质,并通过电解质外渗率与游离脯氨酸含量平衡细胞渗透压。3.重金属Cd胁迫下,筛选的15对引物共扩增出726条条带,黄顶菊叶片全甲基化与整体甲基化水平升高,且以重新甲基化变异模式为主。表型可塑性与表观遗传相关性分析的结果表明,DNA全甲基化和整体甲基化水平与黄顶菊生长指标及地上部耐受性指数的表型可塑性呈显著负相关,与抗氧化酶活性、各组织Cd含量及富集与转移系数呈显著正相关。复合盐碱胁迫下,筛选15对引物共扩增出585条条带,叶片半甲基化水平升高,且主要以去甲基化变异模式为主,DNA全甲基化水平的升高诱导黄顶菊生长指标与光合指标表型可塑性的升高促进有机物质的积累,半甲基化水平升高诱导可溶性蛋白与电解质外渗率表型可塑性的升高调节渗透胁迫,控制细胞渗透压平衡。
【图文】：

图 2.2 重金属对黄顶菊根部活性氧的影响Fig. 2.2 Effect of heavy metals on active oxygen in roots of Flaveria bidentis5.4 黄顶菊各组织 Cd 含量及富集与转移特征由表 2.3 可知，在重金属 Cd 处理下，Cd 含量在黄顶菊各组织中整体呈现出>茎的规律，且黄顶菊各组织中Cd含量随着胁迫浓度的升高也呈现显著增加的趋中，Cd-3、Cd-2 和 Cd-1 处理下黄顶菊根组织中 Cd 含量分别较对照组显著升高90、15.97 和 26.19 倍；对各处理下黄顶菊 Cd 的富集系数、转移系数和耐性指数分析，可知黄顶菊的地上富集系数、根部富集系数和转移系数均随着 Cd 浓度的呈现先升高后降低的趋势，说明在高浓度 Cd 胁迫下黄顶菊对重金属 Cd 的吸收与能力变弱，，黄顶菊对 Cd 的耐性指数随着重金属浓度的升高呈现逐渐降低的趋势其变化不显著（P>0.05）。

沈阳农业大学硕士学位论文顶菊叶片 DNA 提取及 MSAP 体系建立量以及合理 MSAP 体系的建立对于 MSA下的 DNA 提取及 MSAP 体系建立为例，.7~1.9 之间，且 DNA 条带清晰完整，无等杂质，可用于后续酶切连接的使用；图充分可进行预扩增反应；图 4.1C)中条带0 bp 之间，可用于后续选择性扩增的使用较亮，无拖尾现象，且重复性好，可进
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X503.23;Q94

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