黄芪幼苗对硒、镉处理的响应以及硒缓解镉胁迫的机理研究

发布时间：2020-07-29 16:23

【摘要】：以我国传统的药用植物黄芪(Astragalus Membranaceus(Fisch.)Bunge)的幼苗为材料,在水培条件下分别研究了不同浓度镉(Cadmium,Cd)和硒(Selenium,Se)处理对生长发育指标、矿质元素吸收转运以及标志性次生代谢产物合成的影响,探讨了黄芪幼苗对Cd和Se处理的响应规律。在此基础上,我们研究了添加外源Se对黄芪幼苗Cd胁迫的缓解效果,并进一步分析了 Cd胁迫缓解过程中幼苗矿质元素吸收分布特征、抗氧化系统以及次生代谢产物的变化情况,浅析了 Se缓解黄芪幼苗Cd胁迫的生理机制,以期为利用外源Se减轻药用植物Cd毒害提供理论依据。本文主要结果和结论如下:25-200 μmol L-1 Cd处理7 d显著抑制了黄芪幼苗根系和地上部的生长并引起了植株MDA含量的显著升高以及新生叶片光合色素含量的降低。植株中吸收的Cd主要积累在黄芪幼苗根系,而运输到地上部的Cd积累规律为顶端中部基部。Cd处理降低了植株对多种矿质营养元素的吸收和转运。此外,根系中4种异黄酮物质的含量在Cd处理下明显升高,黄芪皂苷I-IV的含量则被Cd处理所降低。与对Cd处理的响应相近,10-320μmol L-1 Se处理7 d也明显抑制了黄芪幼苗生物量生长,提高了植株MDA的含量并降低了叶片叶绿素的含量。与Cd处理不同的是高浓度Se处理不仅降低了新叶中叶绿素的含量,还降低了老叶中叶绿素的含量。亚硒酸盐也主要通过被动运输进入黄芪根系和地上部,并且向地上部运输的比例较低。Se处理也引起了黄芪幼苗根系和地上部多种矿质营养元素含量的变化,造成了营养元素分布的不均衡。Se处理诱导了黄芪根系异黄酮类化合物积累的增加。此外,低浓度Se抑制了黄芪皂苷I-IV的积累,而高浓度Se促进了黄芪皂苷I和IV的积累。添加低浓度Se显著增加了 50 μmol L-1 Cd胁迫下黄芪幼苗的生物量生长,降低了植株MDA含量,同时还提高了叶片叶绿素含量以及根尖细胞的活力。通过研究发现,在黄芪幼苗中Se与Cd的吸收存在明显的拮抗作用,Se的添加大幅度降低了植株地上部和根系Cd的含量,并且在一定程度上消除了 Cd胁迫对黄芪幼苗矿质营养元素吸收和分布造成的影响。此外,Se的添加并未能通过提高黄芪幼苗根系和地上部抗氧化酶的活性来减轻Cd处理造成的氧化胁迫,Se添加后植株H2O2和02·-含量的降低可能主要是由Cd吸收减少引起的。添加Se显著促进了 Cd胁迫下黄芪根系毛蕊异黄酮而非黄芪皂苷积累的增加,似乎说明异黄酮在Se缓解Cd胁迫中也发挥了积极作用。综上所述,Cd、Se单独处理引起了黄芪幼苗相似的胁迫反应,如生物量生长受抑制、膜脂过氧化程度增高、叶绿素含量下降、矿质营养元素吸收和转运受到干扰等。在面对Cd或Se胁迫时,黄芪幼苗也通过调控元素分布区域化、提高异黄酮类物质合成等途径积极面对胁迫,提高对胁迫的耐性。低浓度Se可以有效缓解黄芪幼苗Cd胁迫,主要生理机制包括降低Cd吸收和转运、改善矿质营养元素吸收转运以及促进异黄酮合成。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S567.239;X503.231
【图文】：

黄芪,次生代谢,幼苗,毛蕊异黄酮

ｐｍ＆２邋ｉ邋０逡逑Ｐａｒｌ，0ｅ0ｔ逡逑图２－４不同浓度的Ｃｄ处理７天对黄芪幼苗微量元素吸收和转运的影响（部位１邋－邋４依次为根系、地逡逑上部顶端、地上部中部和地上部基部）逡逑Ｆｉｇ．邋２－４邋ＥｆＦｅｃｔｓ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋Ｃｄ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ邋ｆｏｒ邋７邋ｄａｙｓ邋ｏｎ邋ｍｉｃｒｏ邋ｅｌｅｍｅｎｔｓ邋ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ａｎｄ逡逑ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｉｎ邋Ａ．邋ｍｅｍｂｒａｎａｃｅｕｓ邋ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ邋（ｐａｒｔ邋１邋—邋４邋ａｒｅ邋ｒｏｏｔ，邋ｕｐｐｅｒ邋ｓｈｏｏｔ，邋ｍｉｄｄｌｅ邋ｓｈｏｏｔ邋ａｎｄ邋ｂａｓａｌ邋ｓｈｏｏｔ）逡逑２．２．４邋Ｃｄ处理对黄芪幼苗次生代谢的影响逡逑异黄酮和黄芪皂苷是黄芪药材中最主要的两类药用成分，也是黄芪中主要的次生代逡逑谢物质，黄芪幼苗根系中这两类物质的含量在２５邋－２００邋ｔｉｍｏｌ邋Ｉ；１邋Ｃｄ处理下发生了明显变逡逑化（图２－５）。２５邋ｎｍｏｌ邋ｄＣｄ处理７天后，根系中毛蕊异黄酮、毛蕊异黄酮苷和刺芒柄逡逑花苷的含量均明显高于对照。当Ｃｄ处理浓度升高至５０邋ｐｍｏｌｌ；１时，所有异黄酮成分的逡逑含量均达到最高值，随着Ｃｄ浓度的进一步升高，异黄酮含量出现了较为明显的下降趋逡逑势。此外，在４种异黄酮成分中，毛蕊异黄酮受Ｃｄ处理的影响最大，其含量在５０邋ｐｍｏｌ逡逑Ｉ；１邋Ｃｄ处理下比对照升高了邋６．２倍。与异黄酮成分在Ｃｄ处理下的反应不同

黄芪,次生代谢,幼苗,毛蕊异黄酮

逡逑＇ｖ邋ｒ－Ｔ＇＾ｖｏ邋，逡逑必逦。／逡逑图３－４不同浓度Ｓｅ处理７天对黄芪幼苗微量元素吸收和转运的影响（部位１－４依次为根系、地上逡逑部顶端、地上部中部和地上部基部）逡逑Ｆｉｇ．邋３－４邋Ｅｆｆｅｃｔｓ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋Ｓｅ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ邋ｆｏｒ邋７邋ｄａｙｓ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｔｒａｎｓｐｏｒｔ邋ｏｆ逡逑ｍｉｎｏｒ邋ｅｌｅｍｅｎｔｓ邋ｉｎ邋Ａ．邋ｍｅｍｂｒａｎａｃｅｕｓ邋ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ邋（ｐａｒｔ邋１邋—邋４邋ａｒｅ邋ｒｏｏｔ，邋ｕｐｐｅｒ邋ｓｈｏｏｔ，邋ｍｉｄｄｌｅ邋ｓｈｏｏｔ邋ａｎｄ邋ｂａｓａｌ逡逑ｓｈｏｏｔ）逡逑３．２．４邋Ｓｅ处理对黄芪幼苗次生代谢的影响逡逑与对照相比，１０邋ｐｍｏｌ邋Ｌ＾Ｓｅ处理引起了黄芪根部毛蕊异黄酮及其糖苷含量的显著升逡逑高，升高幅度分别为５８１％和３１７％。随着处理浓度的升高，根系中毛蕊异黄酮及其糖逡逑苷的含量也进一步升高，当处理浓度达到１６０邋ＨｍｏｌＵ１时，两种物质的含量分别为对照逡逑的１１．７和１３．９倍。同时我们还发现，较低浓度的Ｓｅ处理毛蕊异黄酮积累的影响远远大逡逑于其糖苷。（图３－５邋ａ、ｂ）。逡逑与异黄酮对Ｓｅ处理的反应有所不同，１０邋ｐｍｏｌ邋Ｉ／１邋Ｓｅ处理没有改变黄芪根系中黄芪逡逑皂苷Ｉ－ＩＶ的含量（图３－５ｃ、ｄ）。ＡＯｐｍｏｌｌ／邋Ｓｅ处理下，黄芪皂苷Ｉ的含量出现了明显逡逑降低。当Ｓｅ处理浓度达到１６０邋ｐｍｏｌ邋Ｉ／１时

黄芪,幼苗根系,鲜重,黄苗

４．２结果与分析逡逑４．２．１不同浓度的Ｓｅ对Ｃｄ胁迫下黄芪幼苗生长的影响逡逑Ｃｄ处理下，低浓度Ｓｅ的添加明显减轻了邋Ｃｄ对黄芪幼苗生长的抑制作用（图４－１逡逑ａ、ｂ、ｃ邋）。与单Ｃｄ处理相比，添加１０邋ｊａｍｏｌ邋Ｌ＿１邋Ｓｅ能够显著增加黄苗幼苗根系及地上逡逑部的伸长生长量、鲜重和干重。随着Ｓｅ添加浓度的升高，这种增加效果逐渐减弱，当逡逑Ｓｅ浓度为１６０邋（ｉｍｏｌＵ１时，黄芪幼苗的鲜重以及地上部干重甚至明显低于单Ｃｄ处理。逡逑此外，我们还发现，低浓度Ｓｅ的添加显著降低了单Ｃｄ处理下黄芪幼苗根系和地上逡逑部ＭＤＡ的含量（图４－１邋ｅ）。添加１０邋ｐｍｏｌ邋ｔＳｅ后，地上部和根系中的ＭＤＡ含量分别逡逑比单Ｃｄ处理下降３７％和５２％。与生物量指标的结果相符，随着添加Ｓｅ浓度的升高，逡逑根系和地上部ＭＤＡ含量出现了明显增加，说明高浓度Ｓｅ对Ｃｄ胁迫的缓解效果要低逡逑于低浓度Ｓｅ。同时

【参考文献】