苹果砧木对重金属铜的吸收、富集及耐性差异研究

发布时间：2020-04-29 17:46

【摘要】：大气排放、污水灌溉、农药化肥等的大量施用导致果园土壤中重金属铜(Cu)污染越来越严重,制约了苹果产业的可持续发展。尽管Cu是植物生长的必需微量养分,对植物的生理代谢起着重要的作用,然而一旦过量亦会对植物产生毒害作用。果树砧木能调节果树的生长发育,提高果树对环境胁迫的耐受能力。砧木对Cu的吸收、转运能力会影响果树整体Cu的耐性。不同种植物或植物的不同品种及基因型等对Cu的吸收、转运和积累等存在差异,这为筛选出低Cu富集高耐性苹果砧木提供了可能性。本试验以酸果子(Malus asiatica Nakai.)、山定子(M.baccata Borkh.)、平邑甜茶(M.hupehensis Rehd.)、西府海棠(M.micromalus Makino.)、红果楸子(M.prunifolia Borkh.)及过冬鲜(M.prunifolia Borkh.‘guodongxian’)为试材,从生理和分子水平探讨了Cu在不同苹果砧木各组织的转运和富集差异,研究结果可为筛选出低Cu富集高耐性苹果砧木提供理论基础。主要结果如下:对6种苹果砧木进行5μM、20μM Cu处理12 d后,发现6种苹果砧木能够忍受较高浓度的Cu,但对Cu的耐受性存在差异。低浓度(5μM)Cu胁迫对苹果砧木的毒害作用较小。而高浓度(20μM)Cu胁迫下,降低大多数苹果砧木生物量、叶绿素含量、根系构型参数以及营养元素的吸收,但对过冬鲜的影响较小,而对平邑甜茶的影响较大。Cu胁迫下,6种苹果砧木中,过冬鲜根系中Cu含量最多、Cu富集总量和生物富集系数(BCF)最大,转运系数(T_f)值较小,而平邑甜茶与其相反。不同浓度Cu处理后,6种苹果砧木根系均分泌出酚类化合物(儿茶素、香豆酸和肉桂酸)和有机酸(苹果酸、草酸、柠檬酸和琥珀酸)。此外,苹果砧木能将Cu固定在根系细胞壁和液泡中,并能转化为果胶酸盐/蛋白结合态Cu、难溶性磷酸盐或草酸盐态Cu,从而缓解Cu毒害。Cu胁迫导致苹果砧木各组织活性氧和丙二醛含量升高,糖类和抗氧化系统的变化与对Cu的耐性相一致。与其它5种苹果砧木相比,20μM Cu胁迫下过冬鲜各组织H_2O_2及丙二醛含量均较低,碳水化合物含量、抗氧化酶活性和抗氧化物含量较高,而平邑甜茶与其相反。与其它5种苹果砧木相比,高浓度(20μM)Cu胁迫,过冬鲜根系参与Cu吸收、转运基因如COPT1、COPT2、HMA5、HMA7转录水平较低,参与Cu解毒相关基因如MT2、YSL2、Cu/Zn-SOD、NRAMP3、HMA2表达水平较高,平邑甜茶与之相反。以上研究表明,在该试验条件下6种苹果砧木中,过冬鲜对Cu的耐受性较高,平邑甜茶对Cu的耐受性较低。
【图文】：

运输途径

根系最先接触到土壤中的 Cu，是 Cu 吸收的主要器官（Le et al., 2012）离子在植物体内的运输有主动运输与被动运输两种（韩旭和丁国华，2振国, 2003）。根系对 Cu 离子的吸收与溶液中 Cu 离子的游离态活度大, 2007）。土壤中有效 Cu 含量受土壤中有机质含量的直接影响，土壤有高的亲和力，极大地降低了 Cu 的生物有效性（刘红云，2007）。影响素还包括 pH 值、温度、通气状况、溶液浓度和离子间相互作用（Hinsine ,2007）。由于 pH 降低，植物体内碳酸盐和氢氧化物结合态 Cu 会出现降低土壤有机质对 Cu 的吸附能力（Arias et al., 2006）。植物体内的转运对 Cu 的吸收和转运是一个精密的调控过程，具有非常复杂的分子生物 2009）。目前，已鉴定出几个涉及植物细胞内稳态的 Cu 转运蛋sian and Kurganov 2003; Kr mer and Clemens 2006; Colangelo and Guerin, 2007）。如 COPT 家族、P 型重金属 ATP 酶、铜伴侣蛋白等（Yruela,

根系分泌物,植物,鳌合,白茅

植物通过产生和释放根系分泌物来改善根际环境的 pH、Eh 等性质（Bais et al., 20史刚荣, 2004），并通过螯合、络合、沉淀等作用将污染物滞留在根外（Deiana et al., 200张开明等, 2005）；根系分泌物可以改变根际微生物的组成、活性，从而改变金属的活性而 Cu2+与这些根系分泌物结合，可以降低其对植物的毒害作用（刘玉等, 2015）。Me等（2012）对两种 Cu-金属盐生植物（月见草、白茅）及两种农业型植物（白羽扁豆向日葵）的研究发现，植物根系分泌模式的不同能影响它们对 Cu 的耐受性，特别是白茅分泌出更多的有机酸可增强其抗 Cu 机制。1.4.3 植物分子水平对重金属 Cu 的耐受性机理重金属 Cu 进入植物细胞后，不会立即对细胞产生毒害作用。可以与细胞内的许物质如金属硫蛋白（MTs）、氨基酸、植物鳌合肽、有机酸、酚酸等鳌合，或者在一转运蛋白的作用下直接以离子的形式转运至液泡内，从而达到降低其生物学毒（Maksymiec, 1998; 冷翔鹏，2015; 谭万能等, 2006; Bene et al., 1983; Hall et al., 2002图 1-2ASA-GSH 循环对 Cu 胁迫的影响（Shild et al., 2014）Fig. 1-1 TheASA-GSH pathways in response to Cu stress（Shild et al., 2014）.
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S661.1

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