镉诱导水稻根细胞壁果胶合成及去甲酯化机制的研究
本文选题:镉 切入点:过氧化氢 出处:《浙江理工大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:镉(Cadmium,Cd)是一种危险的重金属,即使是低水平慢性接触都能导致高血压,脑梗塞,肺气肿,肾功能不全,癌症等多种危及生命的疾病。一般不吸烟人群摄入镉主要来自于谷物制品。水稻是镉暴露的主要谷物来源,中国有超过10%的稻米镉含量超标。目前许多研究已经证实镉胁迫使果胶含量及结构改变,但是作用机制仍不清楚。镉诱导还导致氧化胁迫产生毒害。我们在实验中发现,果胶含量与过氧化氢(H2O2)含量相关,因此推测H2O2可能与果胶合成及重构有关。研究采用水培方法,以日本晴(Oryza sativa L.,cv.Nipponbare)为材料,探究在不同镉浓度下水稻(Oryza Sativa)根系的生长及水稻根系细胞内源H2O2含量,果胶含量,果胶甲酯化酶,果胶甲酯化程度的变化,并使用H2O2清除剂4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(4-hydroxy-Tempo)和外源性H2O2来探索内源性H2O2的作用。此外,为了探究镉和H2O2对果胶合成的影响,对果胶甲酯酶(PME,pectin methylesterase)活性及果胶甲酯化程度(PMD,pectin methylesterification degree)也进行了研究。结果如下:1、镉胁迫明显抑制了水稻根的生长伸长,并且镉对水稻根伸长的抑制作用于镉浓度成正比,微量镉对水稻根伸长影响轻微,高浓度镉严重抑制水稻根伸长及蛋白质积累。2、在镉诱导下,水稻根内H2O2含量在短时间内急剧增加,随后果胶含量显著增加,PME活性显著增加、PMD降低。并且随着镉浓度的增加,果胶含量、PME活性增加、PMD降低。3、单独的添加外源H2O2,同样增加果胶含量和PME活性,降低PMD,结果与镉胁迫时变化趋势相同。而在镉处理的样品中添加H2O2清除剂4-hydroxy-Tempo,则抑制镉诱导下内源H2O2含量、果胶、PME活性的增加以及PMD的降低。4、其他重金属胁迫时,水稻根系细胞内源H2O2含量,果胶含量,果胶甲酯化酶,果胶甲酯化程度的变化。结果表明铝、铅和铜胁迫时也使果胶的含量和PME活性增加,PMD降低,且与镉胁迫时趋势相似。综上可知,镉诱导产生的内源性H2O2在果胶的合成、调节PME活性和果胶去甲酯化过程中起着重要作用。以前的研究大多关注果胶在植物抵御重金属毒害中的作用,然而对重金属诱导果胶合成和重构的研究没有深入。本研究则明确了镉诱导对水稻根尖细胞壁果胶含量及甲酯化程度的影响,提出并验证了内源H2O2作为关键下游信号分子参与调控镉诱导下的果胶合成增加和去甲酯化,并且H2O2作为关键下游信号分子的推论,也适用于对其他重金属的抗性调控机制。
[Abstract]:A dangerous heavy metal, even low levels of chronic exposure can lead to high blood pressure, cerebral infarction, emphysema, and renal dysfunction. Many life-threatening diseases, such as cancer. The general intake of cadmium in non-smokers comes mainly from grain products. Rice is the main source of grain for cadmium exposure. More than 10% of rice rice in China has exceeded the standard cadmium content. At present, many studies have confirmed that cadmium stress can change pectin content and structure, but the mechanism is still unclear. Cadmium inducement also leads to oxidative stress toxicity. The pectin content was correlated with the content of H _ 2O _ 2 H _ 2O _ 2.Therefore, it was speculated that H2O2 might be related to the synthesis and reconstruction of pectin. In this study, Oryza sativa L.cv. Nippon bare) was used as the material. To investigate the growth of Oryza Sativa root system and the changes of endogenous H2O2 content, pectin content, pectin methyl esterase and pectin methyl esterification degree in rice root cells under different cadmium concentrations. The effects of endogenous H2O2 on the synthesis of pectin were investigated by using H2O2 scavenger 4-hydroxy-Tempo-6-tetramethylpiperidine-1-oxy 4-hydroxy-Tempo) and exogenous H2O2, in order to investigate the effects of cadmium and H2O2 on the synthesis of pectin. The activity of PMEMEpectin methylesterase and the degree of pectin methylesterification degree were also studied. The results were as follows: 1. Cadmium stress significantly inhibited the growth and elongation of rice roots, and the inhibition of cadmium on root elongation was in direct proportion to the concentration of cadmium. Trace cadmium had a slight effect on root elongation of rice, and high concentration of cadmium seriously inhibited root elongation and protein accumulation. Under cadmium induction, H2O2 content in rice root increased sharply in a short period of time. With the increase of cadmium concentration, the PME activity of pectin increased and decreased. The addition of exogenous H _ 2O _ 2 alone also increased the content of pectin and the activity of PME. The result of decreasing PMD was the same as that of cadmium stress, but adding H2O2 scavenger 4-hydroxy-Tempoin to cadmium treated samples inhibited the content of endogenous H2O2, the increase of PME activity of pectin and the decrease of PMD in cadmium treated samples, and when other heavy metals were stressed, the contents of endogenous H2O2 and the activity of PME in pectin were increased. The changes of endogenous H2O2 content, pectin content, pectin methyl esterase and pectin methyl esterification degree in root cells of rice. The results showed that aluminum, lead and copper stress also increased pectin content and PME activity. And the trend was similar to that under cadmium stress. In summary, the endogenous H2O2 produced by cadmium was synthesized in pectin. Regulation of PME activity and pectin demethylation play an important role. Previous studies have focused on the role of pectin in the resistance of plants to heavy metal toxicity. However, the study of heavy metal induced pectin synthesis and reconstruction was not carried out. The effects of cadmium on pectin content and the degree of methyl ester formation in rice root tip cell wall were determined. It was proposed and verified that endogenous H2O2 as a key downstream signal molecule involved in the regulation of cadmium induced pectin synthesis increase and demethylation, and the inference that H2O2 was a key downstream signal molecule could also be applied to the regulation mechanism of resistance to other heavy metals.
【学位授予单位】:浙江理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S511
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 黄益宗;胡莹;刘云霞;;锑对水稻根生长的影响及锑的吸收动力学特性[J];环境化学;2010年04期
2 袁丽环;;水稻根部蛋白质组样品制备的方法研究[J];河南农业科学;2012年10期
3 斋|P文登 ,徐文征 ,邹永霞;磷不足对水稻根生育的影响[J];湖南农学院学报;1984年04期
4 顾蕴洁,王忠,王维学,陈亮,陈刚,熊飞;水稻根的负向光性(简报)[J];植物生理学通讯;2001年05期
5 姚秋林;林拥军;;一个水稻根时空差异表达启动子的克隆及功能分析[J];农业生物技术学报;2011年02期
6 付坚;Linkun GU;郭怡卿;Liyuan ZHANG;王玲仙;李定琴;王波;Jeff Qingxi SHEN;程在全;;干旱胁迫的水稻根高效酵母双杂交体系建立[J];中国水稻科学;2013年02期
7 舒理慧;黄斌;;水稻根提取液在花药培养中的效用[J];植物杂志;1979年04期
8 李钟熏;金滢完;金润植;;关于水稻根的形态及机能同地上部诸性状的相关性[J];延边农学院学报;1981年02期
9 宋庆乃;;土壤不耕翻的新农作制——有效利用水稻根孔构造[J];土壤学进展;1994年04期
10 方品瑞;福微515、204水稻根部苗肥[J];福建农业;1995年01期
相关会议论文 前10条
1 王忠;顾蕴洁;钱晓旦;张二金;刘大同;;关于水稻根负向光性中信号转导的研究[A];第六届中国植物逆境生理学与分子生物学学术研讨会论文摘要汇编[C];2010年
2 李家兴;谢易铮;林紫慧;李达源;;不同品种水稻根部铁膜形成及其对铁、磷与砷吸收之影响[A];面向未来的土壤科学(下册)——中国土壤学会第十二次全国会员代表大会暨第九届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集[C];2012年
3 李家兴;谢易铮;林紫慧;李达源;;不同品种水稻根部铁膜形成及其对铁、磷与砷吸收之影响[A];面向未来的土壤科学(中册)——中国土壤学会第十二次全国会员代表大会暨第九届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集[C];2012年
4 李书婷;李娜;曹孟良;王敬强;赵康;娄晓敏;陈希曙;邵建敏;徐宁志;刘斯奇;;水稻根在不同生长时期的蛋白质组动力学研究[A];中国蛋白质组学第二届学术大会论文摘要论文集[C];2004年
5 严顺平;苏维埃;汤章城;孙卫宁;;水稻根中盐胁迫响应蛋白的蛋白质组学的分析[A];中国蛋白质组学第二届学术大会论文摘要论文集[C];2004年
6 何勇;廖红;严小龙;;局部供磷条件下旱种水稻根形态构型的适应性变化[A];第八届全国青年土壤暨第三届全国青年植物营养与肥料科学工作者学术讨论会论文集[C];2002年
7 杨乔松;;用蛋白质血型方法鉴定水稻根中铝毒响应蛋白:半胱氨酸酶在铝响应中起关键作用(英文)[A];广东省植物学会学术研讨会论文集[C];2007年
8 孙彤;李伟;刘祥林;印莉萍;;缺铁胁迫诱导的水稻根转录本组和蛋白质组分析[A];中国植物学会七十周年年会论文摘要汇编(1933—2003)[C];2003年
9 刘红艳;朱亚芳;汤章城;苏维埃;;水稻中OsAKT1的功能调节与RWC3的功能调节相关联[A];中国植物生理学会第九次全国会议论文摘要汇编[C];2004年
10 曾凡荣;张国平;;水稻根对三价(CrⅢ)和六价(CrⅥ)铬吸收特性的动力学研究[A];2010中国作物学会学术年会论文摘要集[C];2010年
相关重要报纸文章 前1条
1 本版编辑 邵立江 记者 朱彤 记者 刘志强 记者 刘志伟 通讯员 徐林忠 刘传德;小技术 大效益[N];科技日报;2006年
相关博士学位论文 前8条
1 王飞娟;汞胁迫下水稻根蛋白质组学及抗性相关基因功能分析[D];浙江大学;2010年
2 李援亚;水稻根特异表达基因的克隆及启动子元件分析[D];浙江大学;2011年
3 张泽勇;一氧化氮缓解水稻根中铝离子毒害机制的研究[D];兰州大学;2011年
4 丁沃娜;水稻根毛发育调控基因OsRHL1的克隆及功能研究[D];浙江大学;2009年
5 张晓霞;水稻根相关细菌的多相分类及Rheinheimera tangshanensis sp.nov.的描述[D];首都师范大学;2008年
6 卜媛媛;高浓度铵态氮条件下与水稻根长相关的QTL解析[D];东北林业大学;2012年
7 蒋甲福;OsRMC基因调控水稻根生长发育的机理研究[D];中国科学院研究生院(植物研究所);2006年
8 汪月霞;关于水稻根负向光性机理的探讨[D];扬州大学;2008年
相关硕士学位论文 前10条
1 王秀呈;稻—稻—绿肥长期轮作对水稻土壤及根系细菌群落的影响[D];中国农业科学院;2015年
2 马飞;OsTOP Ⅰ基因在水稻根形态发生中的功能研究[D];华中农业大学;2013年
3 陈瑞捷;镉诱导水稻根细胞壁果胶合成及去甲酯化机制的研究[D];浙江理工大学;2017年
4 张二金;关于水稻根负向光性光受体和影响因素的研究[D];扬州大学;2011年
5 钱善勤;关于水稻根负向光性机理的探讨[D];扬州大学;2005年
6 莫亿伟;水稻根的负向光性及其影响因素[D];扬州大学;2003年
7 钱晓旦;关于水稻根负向光性中信号转导的初步研究[D];扬州大学;2010年
8 倪玲飞;硅缓解水稻幼苗铜毒性及水稻根锑毒性的机制研究[D];南京师范大学;2013年
9 姚秋林;水稻根特异表达启动子的克隆及功能分析[D];华中农业大学;2010年
10 曹艳花;长期豆科绿肥轮作水稻根内生细菌多样性及促生功能研究[D];东北农业大学;2012年
,本文编号:1649048
本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/zaizhiyanjiusheng/1649048.html