两个多花黑麦草品种对镉胁迫的生理响应及其镉耐性差异
发布时间：2021-08-02 18:13
以多花黑麦草（Lolium multiflorum）‘IdyⅡ’和‘Harukaze’两个品种为材料,采用梯度镉（Cd）处理的液培实验,比较两个品种幼苗吸收、转运Cd及植株响应Cd胁迫的生理生化指标。结果表明,‘IdyⅡ’和‘Harukaze’根中Cd浓度范围分别为1.26～6.89和2.09～9.89 mg·g-1;地上部Cd浓度峰值分别为0.7和1.28mg·g-1。相同处理条件下,‘IdyⅡ’根中和地上部富集的Cd浓度均低于相应的‘Harukaze’。‘Harukaze’中Cd的转运随溶液中Cd浓度增加持续升高。Cd胁迫下黑麦草对Zn、Fe、Mn、Mg的吸收、转运差异取决于品种、Cd浓度及组织部位。过量的Cd抑制了两个品种幼苗生长和光合色素含量,抑制效应‘Harukaze’强于‘IdyⅡ’。Cd浓度高于25μmol·L-1时,‘IdyⅡ’根部和叶片中膜脂过氧化水平均显著低于相应的‘Harukaze’,非蛋白巯基（NPT）含量趋势与此相反。综合上述指标,‘IdyⅡ’耐Cd性强于‘Harukaze’,‘IdyⅡ’具有低...
【文章来源】：植物生理学报. 2020,56(05)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
Cd胁迫下两个多花黑麦草品种吸收、转运和积累Cd的变化
除了氧化胁迫伤害外,‘Harukaze’和‘IdyII’中其他营养元素的吸收和转运也受到Cd处理浓度的影响(图2)。营养液中Cd浓度升高,增加了‘Harukaze’根中Zn、Fe、Mg和Mn的浓度;然而,除了Zn以外,‘IdyII’根中Fe、Mn和Mg的浓度并没有显著增加(图2-A～D)。多花黑麦草对上述金属元素吸收的差异可能是由于金属转运系统在两个品种间存在差异,‘Harukaze’可能需要在高Cd浓度下活化其转运系统,这可以从该品种中吸收的Cd浓度加以推断(图1-A和B)。同样地,也有报道表明番茄(Solanum lycopersicum)根系对Cd的吸收促进了根中Mg、Ca和Fe的吸收(K?sa等2016)。本实验发现两个品种地上部Fe、Mn、Mg的浓度在Cd胁迫下没有显著差异,表明‘IdyII’和‘Harukaz’对这些元素的吸收差异主要是根部而非地上部。Gon?alves等(2009)研究认为,土豆(Solanum tuberosum)对金属元素如Fe、Mn和Zn的吸收取决于培养基中Cd浓度、品种和植物组织类型,这与本实验结果类似。许多研究表明,金属转运蛋白如NRAMP家族、ABC家族和ZIP家族,在金属元素从根系向地上部的转运过程中起重要作用,它们在植物细胞中的定位及功能因植物种类及金属元素类型存在差异(Brunetti等2015;Ullah等2018;Liu等2019)。本研究发现,Cd胁迫下,‘IdyII’中Cd的转运无显著变化,但‘Harukaze’中Cd的转运随营养液中Cd浓度升高持续增加(图2-C),两品种中Zn、Fe、Mn的转运在适度Cd胁迫时显著降低(图2-I～K),这可能与金属转运蛋白对Cd与其他元素的转运存在竞争效应有关。一些研究指出,这种离子间的竞争效应来自于Cd与其他金属元素使用同一转运蛋白或Ca、Mg离子通道有关(K?sa等2016;Sarwar等2010)。图4 Cd胁迫对两个多花黑麦草根系和地上部非蛋白巯基含量含量的影响
图3 Cd胁迫对两个多花黑麦草根系和叶片中MDA含量的影响NPT是一类包括谷胱甘肽及富含巯基的化合物,它们是合成植物络合素(PCs)的必要物质,这些多肽可与Cd/Zn形成稳固的Cd/Zn-PCs复合物被转移并隔离在液泡内,从而降低重金属离子在细胞内的毒性(Cobbett 2010;Ozdener和Aydin 2009)。本实验中,适度Cd胁迫下,Cd在‘Harukaze’根系和地上部浓度显著高于‘IdyII’,然而NPT含量趋势恰好相反(图1-A和B,图4);由于‘IdyII’根中合成较多的NPT,这有利于Cd与多肽形成更多的Cd-PCs复合物,并被转移至液泡内,进而减少Cd的转运。相似的结果在不同甘蓝(Brassica oleracea)品种中也有报道,表明NPT也可作为植物耐Cd差异的指标之一(Sun等2013)。本研究表明,溶液中Cd浓度与根中NPT含量无显著关系(表4),与‘Harukaze’相比,Cd处理浓度增加可诱导‘IdyII’根中合成较多的NPT,同时NPT也可与根中的Zn形成络合物从而降低该品种根中的Zn浓度(图2-A),但‘IdyII’中Zn从根部向地上的转运高于‘Harukaze’(图2-I),这可能与Zn在植株体内的运输及Zn转运蛋白在不同品种中转运效率有关。此外,与‘Harukaze’相比,‘IdyII’根中相对较低的Cd浓度表明‘IdyII’可能是一个Cd排斥型品种,这种机制还需要进一步研究。综合考虑,‘IdyII’具有的低Cd吸收、转运、膜脂过氧化水平及高NPT含量等特征是其耐Cd胁迫的部分生理机制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同黄麻品种对重金属污染农田镉的富集和转移效率研究[J]. 郭媛,邱财生,龙松华,王玉富. 农业环境科学学报. 2019(08)
[2]水稻各器官镉阻控功能的研究进展[J]. 刘仲齐,张长波,黄永春. 农业环境科学学报. 2019(04)
[3]耐重金属苜蓿中华根瘤菌的筛选及其与能源植物联合富集铜的特性[J]. 严警,夏丽,盛下放,何琳燕. 草业学报. 2019(02)
[4]镉胁迫对茅苍术生理生化特征的影响[J]. 孙永娣,巢建国,谷巍,王马勃. 植物生理学报. 2018(12)
[5]镉胁迫对秋华柳植物螯合肽含量的影响[J]. 刘媛,王妮娅,张雯,余佳,魏虹. 浙江大学学报(农业与生命科学版). 2017(03)
[6]两个箭舌豌豆品种根响应镉胁迫的蛋白质组学分析[J]. 芮海云,庄凯,沈振国,张芬琴. 植物生理学报. 2016(07)
博士论文
[1]多年生黑麦草对重金属镉的抗性机理研究[D]. 刘俊祥.中国林业科学研究院 2012
本文编号：3318039
【文章来源】：植物生理学报. 2020,56(05)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
Cd胁迫下两个多花黑麦草品种吸收、转运和积累Cd的变化
除了氧化胁迫伤害外,‘Harukaze’和‘IdyII’中其他营养元素的吸收和转运也受到Cd处理浓度的影响(图2)。营养液中Cd浓度升高,增加了‘Harukaze’根中Zn、Fe、Mg和Mn的浓度;然而,除了Zn以外,‘IdyII’根中Fe、Mn和Mg的浓度并没有显著增加(图2-A～D)。多花黑麦草对上述金属元素吸收的差异可能是由于金属转运系统在两个品种间存在差异,‘Harukaze’可能需要在高Cd浓度下活化其转运系统,这可以从该品种中吸收的Cd浓度加以推断(图1-A和B)。同样地,也有报道表明番茄(Solanum lycopersicum)根系对Cd的吸收促进了根中Mg、Ca和Fe的吸收(K?sa等2016)。本实验发现两个品种地上部Fe、Mn、Mg的浓度在Cd胁迫下没有显著差异,表明‘IdyII’和‘Harukaz’对这些元素的吸收差异主要是根部而非地上部。Gon?alves等(2009)研究认为,土豆(Solanum tuberosum)对金属元素如Fe、Mn和Zn的吸收取决于培养基中Cd浓度、品种和植物组织类型,这与本实验结果类似。许多研究表明,金属转运蛋白如NRAMP家族、ABC家族和ZIP家族,在金属元素从根系向地上部的转运过程中起重要作用,它们在植物细胞中的定位及功能因植物种类及金属元素类型存在差异(Brunetti等2015;Ullah等2018;Liu等2019)。本研究发现,Cd胁迫下,‘IdyII’中Cd的转运无显著变化,但‘Harukaze’中Cd的转运随营养液中Cd浓度升高持续增加(图2-C),两品种中Zn、Fe、Mn的转运在适度Cd胁迫时显著降低(图2-I～K),这可能与金属转运蛋白对Cd与其他元素的转运存在竞争效应有关。一些研究指出,这种离子间的竞争效应来自于Cd与其他金属元素使用同一转运蛋白或Ca、Mg离子通道有关(K?sa等2016;Sarwar等2010)。图4 Cd胁迫对两个多花黑麦草根系和地上部非蛋白巯基含量含量的影响
图3 Cd胁迫对两个多花黑麦草根系和叶片中MDA含量的影响NPT是一类包括谷胱甘肽及富含巯基的化合物,它们是合成植物络合素(PCs)的必要物质,这些多肽可与Cd/Zn形成稳固的Cd/Zn-PCs复合物被转移并隔离在液泡内,从而降低重金属离子在细胞内的毒性(Cobbett 2010;Ozdener和Aydin 2009)。本实验中,适度Cd胁迫下,Cd在‘Harukaze’根系和地上部浓度显著高于‘IdyII’,然而NPT含量趋势恰好相反(图1-A和B,图4);由于‘IdyII’根中合成较多的NPT,这有利于Cd与多肽形成更多的Cd-PCs复合物,并被转移至液泡内,进而减少Cd的转运。相似的结果在不同甘蓝(Brassica oleracea)品种中也有报道,表明NPT也可作为植物耐Cd差异的指标之一(Sun等2013)。本研究表明,溶液中Cd浓度与根中NPT含量无显著关系(表4),与‘Harukaze’相比,Cd处理浓度增加可诱导‘IdyII’根中合成较多的NPT,同时NPT也可与根中的Zn形成络合物从而降低该品种根中的Zn浓度(图2-A),但‘IdyII’中Zn从根部向地上的转运高于‘Harukaze’(图2-I),这可能与Zn在植株体内的运输及Zn转运蛋白在不同品种中转运效率有关。此外,与‘Harukaze’相比,‘IdyII’根中相对较低的Cd浓度表明‘IdyII’可能是一个Cd排斥型品种,这种机制还需要进一步研究。综合考虑,‘IdyII’具有的低Cd吸收、转运、膜脂过氧化水平及高NPT含量等特征是其耐Cd胁迫的部分生理机制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同黄麻品种对重金属污染农田镉的富集和转移效率研究[J]. 郭媛,邱财生,龙松华,王玉富. 农业环境科学学报. 2019(08)
[2]水稻各器官镉阻控功能的研究进展[J]. 刘仲齐,张长波,黄永春. 农业环境科学学报. 2019(04)
[3]耐重金属苜蓿中华根瘤菌的筛选及其与能源植物联合富集铜的特性[J]. 严警,夏丽,盛下放,何琳燕. 草业学报. 2019(02)
[4]镉胁迫对茅苍术生理生化特征的影响[J]. 孙永娣,巢建国,谷巍,王马勃. 植物生理学报. 2018(12)
[5]镉胁迫对秋华柳植物螯合肽含量的影响[J]. 刘媛,王妮娅,张雯,余佳,魏虹. 浙江大学学报(农业与生命科学版). 2017(03)
[6]两个箭舌豌豆品种根响应镉胁迫的蛋白质组学分析[J]. 芮海云,庄凯,沈振国,张芬琴. 植物生理学报. 2016(07)
博士论文
[1]多年生黑麦草对重金属镉的抗性机理研究[D]. 刘俊祥.中国林业科学研究院 2012
本文编号：3318039
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