硝酸盐转运蛋白NRT1.1和NRT1.2在植物锌和镉积累过程中的作用研究

发布时间：2020-05-31 12:15

【摘要】：土壤锌(Zn)和镉(Cd)污染问题一直以来都是农业安全生产亟待解决的难题。通过科学的施用硝态氮肥降低上述金属进入植物体内被认为是污染土壤农业安全生产的重要措施。NRT1.1和NRT1.2是植物根系负责吸收硝态氮的主要转运蛋白。然而,关于NRT1.1和NRT1.2在调控植物Zn和Cd积累过程中的作用及机制尚不清楚。因此,本研究将首先以Colombia-0野生型拟南芥(Col-0)、NRT1.1缺失突变体nrtl.1和Chl1.5为供试材料,通过固体培养基和水溶液培养两种栽培模式,揭示NRT1.1对Zn胁迫下植物体内Zn积累的作用。另一方面,最新的研究指出外源脱落酸(ABA)能阻控Cd在植物体内的积累。考虑到NRT1.2亦是脱落酸摄入转运体,因此本文还将以Col-0、NRT1.2缺失突变体nrtl.2和NRT1.2过表达NRT1.2ox植株为供试材料,研究水培条件下NRT1.2在协同转运ABA进而阻控Cd积累过程中的作用。主要结果如下:(1)通过无损伤微电极测定Col-0根尖硝酸盐离子流速发现,250μM Zn处理显著促进了根分生区、伸长区和成熟区的硝酸盐吸收速率,增幅分别为218%、253%和38%;Zn处理还显著诱导了pNRT1.1::NRTRT1.1-GFP转基因植株根尖GFP荧光的增强,以及pNRT1.1::NRT1.1-GUS转基因植株根尖GUS染色的加深。这些结果表明,Zn处理下拟南芥根对硝酸盐吸收的增加可能与NRT1.1有着重要关系。进一步以Col-0和NRT1.1缺失功能突变体nrt1.1和chl1.5为供试材料发现,250 μMZn固体培养基培养条件下Co1-0植株根部Zn含量分别是nrt1.1和chl1.5的1.82和1.83倍;地上部Zn含量则为nrt1.和chl1.5的1.61和1.55倍。水培50 μMZn处理下,Col-0植株根部Zn含量分别是nrt1.1和chl1.5的1.31和1.64倍,地上部Zn含量分别是nrt1.1和chl1.5的1.24和1.43倍。上述两种培养方式均表明,抑制NRT1.1活性能够显著降低植物体内Zn的含量。此外,两种培养方式下生物量和光合指标(叶绿素含量和叶绿素荧光实际量子产量Y(II))均表明,抑制NRT1.1活性可缓解Zn胁迫引起的生长胁迫和光合抑制。基于NO3--Zn共存循环和间隔循环处理的试验方法,本研究进一步发现Zn和NO3-共存时Co1-0与nrt1.1和chll.5植株地上部和根系Zn含量差异显著高于Zn和NO3-间隔处理,说明Zn胁迫下NRT1.1促进Zn的积累与N03-的共运有关。综上,Zn胁迫可能通过某种方式诱导了NRT1.1的表达促进硝酸盐吸收的同时协同转运Zn离子进入体内。抑制植物NRT1.1活性可降低植株体内Zn含量的积累并缓解Zn胁迫引起的生长胁迫和光合抑制。(2)10 μMCd水培条件下,外源ABA可显著缓解Cd胁迫对Co1-0拟南芥的生长抑制和光合损伤,而对NRT1.2缺失突变体nrt1.2的作用却显著减弱。进一步分析发现,外源ABA可使Co1-0地上部和根部ABA含量分别增加12%和28%,而nrt1.2地上部和根部ABA含量都无明显变化。该结果表明,NRT1.2可能参与协同转运外源ABA缓解植物Cd胁迫诱导的生长抑制和光合损伤的过程。基于植物体内Cd含量的分析,本研究发现外源ABA分别使NRT1.2过表达转基因植株NRT1.2ox-1、NRT1.2ox-2、Col-0和nrtl.2的Cd含量降低了77%、64%、38%和27%(地上部)和39%、29%、27%和8%(根系)。这些结果均表明,NRT1.2可能参与协同转运ABA进而阻控植物Cd积累。此外,外源ABA抑制Co1-0根系Cd吸收相关基因IRRT1、ZIP1、ZIP4和Nrampl的表达。进一步比较上述个基因在NRT1.2过表达植株、Co1-0和NRT1.2突变体株系间表达量的差异,结果发现NRT1.2介导的ABA阻控Cd吸收主要与I和Nramp1有关。综上,外源ABA可能基于NRT1.2的转运抑制IRT1和Nramp1表达从而实现对植物体内Cd积累的减控。
【图文】：

伸长区,分生区,植物根尖,试材

进一步研究Ｚｎ处理促进植株根部Ｎ0ｒ流入的分子机制，首先我们以逡逑尸顺７７」：．？规７７．／－ＧＦＰ转基因植株为供试材料，观察了邋Ｚｎ处理对ＧＦＰ荧光强度逡逑和分布的影响。观察结果如图２－２邋（Ａ）所示，与对照相比，，Ｚｎ处理下植物根尖逡逑荧光强度增加，主要表现在分生区和伸长区。与该现象相一致的是，我们以逡逑／Ｗ／？７７．／．＿．Ｗ／？７７．／－Ｇ以转基因植株为供试材料，观察Ｚｎ处理对植物根部ＧＵＳ染逡逑色情况的影响。根据图２－２邋（Ｂ）所示，与对照相比，Ｚｎ处理下植物根尖蓝色加逡逑深，蓝色分布面积加大，主要表现在分生区和伸长区。综上，这些结果表明Ｚｎ逡逑处理主要诱导了植物根部分生区和伸长区ＮＲＴ１．１蛋白水平的表达。结合先前无逡逑损伤微电极测定Ｚｎ处理下促进植物根部Ｎ0ｒ离子的流入的结果，可推测认为逡逑Ｚｎ处理促进Ｃｏｌ－０拟南芥根硝酸盐吸收可能与ＮＲＴ１．１有关。逡逑／Ａｓ逦Ｃｏｎｔｒｏｌ逦Ｚｎ逡逑Ｇｌ＾＾ｔｌｕｏｒｃｓｃｃｎｃｅ邋Ｉ逦）逦１１逡逑（ｃ）逦（ｄ）逡逑ｂｒｉｇｈｔ－ｆｉｅｌｄ逡逑（Ｂ）邋逦逡逑戈逦丨邋Ｉ逦逡逑Ｃｏｎｔｒｏｌ逦１逡逑ｚｎ邋今逡逑图２－２Ｚｎ处理对ＮＲＴＩ．丨蛋白水平表达影响。植株处理同图２－１相同，处理第３ｄ测定（Ａ）逡逑ＧＦＰ荧光

明场,荧光,伸长区,分生区

进一步研究Ｚｎ处理促进植株根部Ｎ0ｒ流入的分子机制，首先我们以逡逑尸顺７７」：．？规７７．／－ＧＦＰ转基因植株为供试材料，观察了邋Ｚｎ处理对ＧＦＰ荧光强度逡逑和分布的影响。观察结果如图２－２邋（Ａ）所示，与对照相比，Ｚｎ处理下植物根尖逡逑荧光强度增加，主要表现在分生区和伸长区。与该现象相一致的是，我们以逡逑／Ｗ／？７７．／．＿．Ｗ／？７７．／－Ｇ以转基因植株为供试材料，观察Ｚｎ处理对植物根部ＧＵＳ染逡逑色情况的影响。根据图２－２邋（Ｂ）所示，与对照相比，Ｚｎ处理下植物根尖蓝色加逡逑深，蓝色分布面积加大，主要表现在分生区和伸长区。综上，这些结果表明Ｚｎ逡逑处理主要诱导了植物根部分生区和伸长区ＮＲＴ１．１蛋白水平的表达。结合先前无逡逑损伤微电极测定Ｚｎ处理下促进植物根部Ｎ0ｒ离子的流入的结果，可推测认为逡逑Ｚｎ处理促进Ｃｏｌ－０拟南芥根硝酸盐吸收可能与ＮＲＴ１．１有关。逡逑／Ａｓ逦Ｃｏｎｔｒｏｌ逦Ｚｎ逡逑Ｇｌ＾＾ｔｌｕｏｒｃｓｃｃｎｃｅ邋Ｉ逦）逦１１逡逑（ｃ）逦（ｄ）逡逑ｂｒｉｇｈｔ－ｆｉｅｌｄ逡逑（Ｂ）邋逦逡逑戈逦丨邋Ｉ逦逡逑Ｃｏｎｔｒｏｌ逦１逡逑ｚｎ邋今逡逑图２－２Ｚｎ处理对ＮＲＴＩ．丨蛋白水平表达影响。植株处理同图２－１相同，处理第３ｄ测定（Ａ）逡逑ＧＦＰ荧光
【学位授予单位】：浙江工商大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X503.23

【相似文献】