镉胁迫下绿豆种子萌发过程中代谢组学的响应

发布时间：2018-03-14 19:22

本文选题：镉胁迫　切入点：绿豆　出处：《南昌大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：绿豆(Vigna radiata L.)属豆科(Leguminosae)豇豆属(Vigna Savi)植物,是广受欢迎的药食两用食物,也是我国重要的经济作物。随着工业经济的快速发展,我国土壤和水体遭受了不同程度的重金属污染,其中镉污染是主要污染之一。镉污染程度大、易富集,一方面通过食物链转移到人体威胁其健康,另一方面对农作物的生长、发育和结实造成严重的不良影响,是全球农业减产的重要因素。了解镉胁迫下植物的代谢响应对解决作物产量与品质的问题上具有积极的意义。近年来,代谢组学已经成为研究植物非生物胁迫的一个良好平台。本研究拟分别采用传统的高效液相色谱(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)法和新型的内部电喷雾萃取电离质谱(Internal Extractive Electrospray Ionization-Mass Spectrometry,iEESI-MS)法分析绿豆种子萌发过程中对镉胁迫的代谢响应,找出其中的一些典型代谢产物,为研究植物重金属胁迫的代谢途径与机理提供理论基础和数据价值。主要研究内容及结果如下:1、通过标准发芽实验,研究镉胁迫对绿豆种子萌发生长的影响。结果表明,低浓度(CdCl2≤32 mg/mL)镉胁迫对种子萌发率无显著影响,当CdCl2浓度大于32 mg/mL时,种子萌发率显著下降,根长、芽长与CdCl2浓度呈现出极显著负相关(P≤0.01)。2、采用HPLC结合标准品研究了绿豆种子萌发7 d过程中19种酚类化合物的动态变化。结果表明,绿豆种子在萌发过程中,19种酚类化合物总含量极显著增加,并在第7 d达最高为3508.8μg/g(DW)。而不同的化合物含量最高的具体时间不同,其中,没食子酸和咖啡酸含量随萌发进程的延长而增加;芦丁、黄豆苷元、山奈酚、p-香豆酸、阿魏酸和染料木素含量在种子萌发到第7 d达最高,分别为1574.5、114.3、80.3、43.3、207.9和45.3μg/g;槲皮素含量在第4d最高为28.0μg/g;原儿茶酸、橙皮苷、肉桂酸和柚皮素含量在第5 d最高,分别为89.1、297.4、84.6和30.6μg/g;白藜芦醇、对硝基苯甲酸和鹰嘴豆芽素A含量在第2 d最高,分别为89.6、70.8和237.0μg/g;杨梅酮、儿茶素和橙皮素含量在第6 d最高,分别为40.7、712.1和58.2μg/g。3、运用HPLC法并结合标准品,研究了镉胁迫下绿豆种子萌发7 d过程中酚类化合物代谢变化。结果表明,镉胁迫对绿豆萌发过程中酚类化合物相较于对照组(未胁迫)有明显影响,其中原儿茶酸、p-香豆酸、阿魏酸、橙皮苷、染料木素和对硝基苯甲酸的含量随CdCl2浓度的升高呈现出增加的趋势,尤其是橙皮苷和对硝基苯甲酸含量增长趋势较明显。6种酚类化合物中p-香豆酸、阿魏酸、橙皮苷、染料木素和对硝基苯甲酸含量在萌发第7 d达到最大值,分别为181.6μg/g、45.5μg/g、3506.9μg/g、256.7μg/g和3306.1μg/g,原儿茶酸含量在萌发第6 d达到最大值,为314.1μg/g;白藜芦醇、肉桂酸、橙皮素和鹰嘴豆芽素A的含量随CdCl2浓度升高呈先上升后下降的趋势,在CdCl2为32 mg/L时达到最大值,分别为270.8μg/g、489.5μg/g、354.6μg/g和1517.5μg/g;黄豆苷元、槲皮素、柚皮素、山奈酚和儿茶素的含量随CdCl2浓度升高呈先上升后下降的趋势,在CdCl2为16 mg/L时达到最大值,分别为1258.7μg/g、441.4μg/g、316.5μg/g和2154.6μg/g;芦丁和杨梅酮在CdCl2分别为4 mg/L和8 mg/L时达最高。4、采用iEESI-MS在未经任何样品预处理的前提下,对不同浓度CdCl2胁迫处理的绿豆胚根进行直接质谱检测,采用正离子模式下镉胁迫绿豆芽胚根组织的iEESI-MS指纹谱图。结果表明,iEESI-MS检测到胚根中的m/z 171、m/z 181和m/z 175等物质,通过定性分析表明,这三种化合物分别为没食子酸、咖啡酸和精氨酸,并通过分析三种化合物的均值相对丰度,结果显示三种化合物的相对丰度随镉浓度增加呈现出先增长后下降的趋势。主成分分析(PCA)提取了3个主成分,分别是PC1特征峰离子主要有m/z 91、108、279,PC2主要有m/z 91、108,PC3主要有m/z 108、158、195、279,累计贡献率达到99.3%,说明这些特征峰离子对区分不同镉胁迫下绿豆芽胚根贡献较大。本文采用HPLC与i EESI-MS技术作为研究平台,对镉胁迫下绿豆芽中的小分子代谢物进行了比较系统的分析,不仅对镉胁迫绿豆种子萌发过程中的小分子代谢物的代谢做了一定的研究,也为建立一种无需复杂样品预处理,耗时短的植物非生物胁迫代谢组学分析方法提供了新思路。
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【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X503.231;S522

【参考文献】