EDDS缓解过量铜对水稻生理生化和表观遗传学的影响
发布时间：2020-11-02 10:16
铜(Cu)是高等植物甚至所有活的生物生长发育过程中不可或缺的一种氧化还原活性的过渡金属,参与植物中许多生理过程,能够以多种氧化态形式存在于植物体内。在植物正常生理条件下,Cu有Cu2+和Cu+两种分子形式。Cu2+阳离子一般与组氨酸侧链上的N结合,而Cu+往往和半胱氨酸或蛋氨酸相互作用。铜作为某些金属蛋白的结构元素,是多种酶的辅助因子,涉及到叶绿体和线粒体的电子传递过程,以及植物的氧化应激反应过程。而高浓度的铜对生物体毒害作用较大,铜过量会导致蛋白失活或破坏蛋白结构致使其不能和蛋白结合。为了应对高浓度铜胁迫,植物具有一个复杂的金属运输网络途径,以适时适当地调节体内铜离子的变化,但是其潜在的表观遗传机制尚不清。EDDS(乙二胺二琥珀酸)是一种可以生物降解的金属螯合剂,在土壤中能够快速完全地被生物降解,是去除土壤中重金属的有效改良剂。近年来作为增强吸收土壤中重金属的植物修复剂应用颇多,它与金属铜螯合能力特别强,可以促进植物对金属的吸取。普通植物生长在施加EDDS的重金属污染土壤中能够成活,通过其成长后的收割可以转移金属在地表富集部分,将重金属沉积物从土壤中或者水体中去除。在本研究中,以中国播种面积最大的粮食作物之一,一种经典模式植物--水稻(Oryza sativa L. cv. indica9311)作为研究材料,高浓度铜和在铜浓度中加同等浓度EDDS为处理试剂,观察高浓度铜对水稻的生理生化影响,以及同等浓度EDDS施入后增加了水稻对高浓度铜毒的耐受性。我们使用200μM铜、200μM铜加200μM EDDS对水稻各进行处理3天,观测水稻中的铜含量以及各种生理生化指标的变化,研究高浓度铜胁迫下EDDS对铜产生的拮抗作用。得出如下实验结论：1、在单独铜处理条件下,通过流式细胞仪使用TUNEL和PI双染的方法来检测水稻根细胞的凋亡情况,发现水稻根在100μM铜浓度处理下有一定的变化但是没有200gM铜浓度处理下出现的抑制现象明显。通过这两种浓度铜处理下水稻的表型现象以及流式细胞检测结果认为,在这两种铜浓度处理下,水稻的根发生的坏死或者发生细胞凋亡现象差距不明显,并因此选择200μM铜浓度进行后续实验。 2、水稻幼苗生长在200μM铜浓度处理下受到抑制,其相对电解质渗漏率增加,SOD酶活性升高,CAT酶活性减低,质膜H+-ATP酶活性降低。植物在适应重金属胁迫的环境下维持细胞膜结构的完整性是至关重要的,上述数据的检测结果表明重金属铜突破了水稻的这一防线,进入了细胞中,而EDDS的加入,对该防线起到一定的保护作用。 3、叶绿素和类胡萝卜素含量显著降低, Cyochrome P450基因、OsHMA9、Sulphate transporter基因和metallothionein-like protein基因RT-PCR结果表现为高浓度铜胁迫下急剧上调,EDDS加入后回复正常水平。 4、高浓度铜处理还引起全基因组乙酰化水平下降以及水稻细胞核凝聚。 这些生理、遗传和表观遗传实验结果反应水稻苗对高浓度铜敏感,在螯合剂EDDS协助下能提高对铜的耐受性。
【学位单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：X173;S511
【部分图文】：
植物受到镉胁迫时，会引起叶片发黄，出现槌绿现象，严重吋使叶片枯萎(张利红等，2005)，叶绿素严重缺乏导致其叶脉组织变脆、萎缩（图1-1)。根据氯化镉对不同的豌豆属植物的生理参数和叶片抗氧化酶活性的影响进行的研究表明，在豌豆植物的根和叶中镉产生了显著的生长抑制以及蒸腾和光合速率以及叶片叶绿素含量的减少，同时伴随着根和叶中的营养状态的改变(Sandalio etal.,2001)。植物受到过量的锌胁迫时表型现象也会受到影响。首当其冲的是其根系生长会受到阻碍，而通过根的运输作用导致植物地上部分会显现出褐色斑点和坏死现象(徐建明等，2008)。mm.： ..:. / . ；. i巧” * JK 邊,声.胍！辦,r 如、‘图1-1镉对水稻表型的影响图（土壤污染对植物的影响，植物百科）。Figure 1-1 Effects of cadmium on rice pHenotype.铜是植物正常生长和发育所必须的元素之一，铜对农作物的表型影响则分为两种情况：一种是铜不足，另一种是铜过量。当铜不足时，植物会表现出特殊的缺失症状
大多数情况是影响幼叶和生殖结构，如缺铜会引起小麦叶片黄化。如图1-2所示，当培养基或者土壤中施加的铜含量为15ppm时，夏小麦植株仍然有叶黄化现象，直到2500ppm浓度时小麦表型有所好转。低浓度的铜离子为植物正常生命活动的稳定提供了重要的保证，铜缺乏会引起植物营养不良而减产(徐加宽等，2005)。但是铜过量对生物体也有很多毒害作用，严重时会对植物产生致死的影响。铜过量可能导致植物严重中毒，症状如萎黄坏死、发育迟缓并抑制根和地上部分的生长。图1-3是水稻经高浓度铜处理后的表型状况
生致死的影响。铜过量可能导致植物严重中毒，症状如萎黄坏死、发育迟缓并抑制根和地上部分的生长。图1-3是水稻经高浓度铜处理后的表型状况，其叶片明显黄化，有效穗数减少(Cao and Hu, 2000)。铜污染土壤对经济作物的影响，是我们日常生活以及农业生产中无法忽略的事实。2
【相似文献】
本文编号：2866917
【学位单位】：武汉大学
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【中图分类】：X173;S511
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植物受到镉胁迫时，会引起叶片发黄，出现槌绿现象，严重吋使叶片枯萎(张利红等，2005)，叶绿素严重缺乏导致其叶脉组织变脆、萎缩（图1-1)。根据氯化镉对不同的豌豆属植物的生理参数和叶片抗氧化酶活性的影响进行的研究表明，在豌豆植物的根和叶中镉产生了显著的生长抑制以及蒸腾和光合速率以及叶片叶绿素含量的减少，同时伴随着根和叶中的营养状态的改变(Sandalio etal.,2001)。植物受到过量的锌胁迫时表型现象也会受到影响。首当其冲的是其根系生长会受到阻碍，而通过根的运输作用导致植物地上部分会显现出褐色斑点和坏死现象(徐建明等，2008)。mm.： ..:. / . ；. i巧” * JK 邊,声.胍！辦,r 如、‘图1-1镉对水稻表型的影响图（土壤污染对植物的影响，植物百科）。Figure 1-1 Effects of cadmium on rice pHenotype.铜是植物正常生长和发育所必须的元素之一，铜对农作物的表型影响则分为两种情况：一种是铜不足，另一种是铜过量。当铜不足时，植物会表现出特殊的缺失症状
大多数情况是影响幼叶和生殖结构，如缺铜会引起小麦叶片黄化。如图1-2所示，当培养基或者土壤中施加的铜含量为15ppm时，夏小麦植株仍然有叶黄化现象，直到2500ppm浓度时小麦表型有所好转。低浓度的铜离子为植物正常生命活动的稳定提供了重要的保证，铜缺乏会引起植物营养不良而减产(徐加宽等，2005)。但是铜过量对生物体也有很多毒害作用，严重时会对植物产生致死的影响。铜过量可能导致植物严重中毒，症状如萎黄坏死、发育迟缓并抑制根和地上部分的生长。图1-3是水稻经高浓度铜处理后的表型状况
生致死的影响。铜过量可能导致植物严重中毒，症状如萎黄坏死、发育迟缓并抑制根和地上部分的生长。图1-3是水稻经高浓度铜处理后的表型状况，其叶片明显黄化，有效穗数减少(Cao and Hu, 2000)。铜污染土壤对经济作物的影响，是我们日常生活以及农业生产中无法忽略的事实。2
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本文编号：2866917
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