拟南芥BGLU10和BGLU18基因调控镉毒抗性的生理机制

论文摘要

我国受重金属污染的耕地面积已达千万公顷,其中镉不仅在人体某些器官中累积,对植物的生长和发育同样具有毒害作用。脱落酸（ABA）作为植物激素不光在植物的生长和发育中发挥重要的调节作用,而且ABA也是一种重要的逆境应激激素。然而它如何调节植物对镉的耐受性的生理和分子机制尚不清楚。本研究以拟南芥野生型Col-0和突变体bglu10和bglu18以及甘蓝型油菜（B.napus/814）为材料,在水培条件下研究了20μM CdCl2胁迫对拟南芥以及10μM CdCl2胁迫对油菜的影响,旨在从生理和分子的水平上探索拟南芥野生型和突变体以及甘蓝型油菜幼苗中增强镉抗性的调控机制。主要结果如下:1.BGLU10和BGLU18在镉胁迫下调控植物体内ABA亚细胞（液泡-细胞质）的分配:通过测量根部细胞液泡内外的ABA含量,拟南芥野生型Col-0根部细胞液泡中的ABA含量占原生质体ABA含量为77.0%,而在突变体bglu10和bglu18中,根部细胞液泡中的ABA含量占原生质体ABA含量分别为91.9%和88.5%。相比于突变体bglu10和bglu18,ABA在Col-0细胞质中的分配显著高于突变体。2.BGLU10和BGLU18调控镉胁迫下NO3-和Cd2+的协同分配,提高植物对镉的耐受性:由于野生型和突变体根部细胞的细胞质中ABA含量存在差异,因此相比于突变体,在Col-0中,NRT1.5（硝酸盐转运基因）响应ABA信号下调其表达,而NRT1.8却不响应ABA信号,导致了更多的NO3-分配在根部。与此同时,在Col-0根部细胞中,液泡膜质子泵V-ATPase和V-PPase的酶活性显著高于突变体,将更多的Cd2+和NO3-储存于根部液泡中,导致更少的Cd2+和NO3-分配在细胞质中,减少了Cd2+和NO3-向地上部的运输,增强了Col-0的抗性但降低了NUE（氮素利用效率）。3.外源ABA的添加增强了甘蓝型油菜对镉的抗性并提高了NUE:在油菜中,BnNRT1.5响应外源ABA信号下调其表达,而BnNRT1.8却不响应ABA信号,导致了更多的NO3-分配在根部。外源ABA的添加抑制了镉的吸收增强了油菜抗镉能力,并且外源ABA通过增强油菜地下部NR活性和地上部GS活性,促进NH4+向地上部转运,从而提高了油菜的NUE。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究目的与意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 硝酸盐的转运及作用的研究进展
•     1.2.2 逆境下硝酸盐再分配的研究进展
•     1.2.3 液泡质子泵作用的研究进展
•     1.2.4 BGLU功能的研究进展
• 3^-再分配研究进展'>    1.2.5 植物激素在逆境下对NO₃^-再分配研究进展
•     1.2.6 研究内容与技术路线图
• 第二章 BGLU家族对镉胁迫下硝酸盐分配和植物抗逆性的影响
•   2.1 材料与方法
•     2.1.1 试验材料与处理
•     2.1.2 叶绿素含量测定和叶绿素降解率的计算
•     2.1.3 丙二醛、脯氨酸含量的测定
•     2.1.4 ABA含量的测定
• 3^-含量的测定'>    2.1.5 NO₃^-含量的测定
• 2+含量的测定'>    2.1.6 全氮和Cd²⁺含量的测定
•     2.1.7 NR,GS酶活性的测定
•     2.1.8 统计分析
•   2.2 结果分析
•     2.2.1 镉胁迫对拟南芥野生型Col-0 和突变体bglu10和bglu18 生长的影响
•     2.2.2 BGLU 对镉胁迫下拟南芥根部 ABA 亚细胞分配的影响
•     2.2.3 BGLU对镉胁迫下硝酸盐和镉分配的影响
•     2.2.4 BGLU对镉胁迫下硝酸盐同化和氮素利用效率的影响
•   2.3 讨论
•     2.3.1 BGLU调控植株体内的ABA水平
• 3^-分配在地下部来增强拟南芥抗Cd能力'>    2.3.2 BGLU促进更多NO₃^-分配在地下部来增强拟南芥抗Cd能力
•     2.3.3 浅析拟南芥的抗性和NUE的关系
•   2.4 小结
• 第三章 BGLU家族对镉胁迫下液泡质子泵的影响
•   3.1 材料与方法
•     3.1.1试验材料与处理同于2.1.1
•     3.1.2 根部液泡质子泵酶活性的测定
• 3^-和Cd²⁺浓度的测定'>    3.1.3 完整原生质体和液泡中NO₃^-和Cd²⁺浓度的测定
•   3.2 结果分析
•     3.2.1 BGLU对镉胁迫下液泡质子泵活性的影响
• 3^-含量的Cd²⁺含量的影响'>    3.2.2 BGLU对镉胁迫下液泡内NO₃^-含量的Cd²⁺含量的影响
•   3.3 讨论
•   3.4 小结
• 第四章 BGLU家族对镉胁迫下硝酸盐分配影响的分子机制
•   4.1 材料与方法
•     4.1.1试验材料与处理同与2.1.1
•     4.1.2 RT-PCR分析
•   4.2 结果分析
•     4.2.1 BGLU对镉胁迫下拟南芥根部NRT1.5和NRT1.8 表达的影响
•     4.2.2 拟南芥根部NRT1.5和NRT1.8 表达倍数差异的分析
•   4.3 讨论
•     4.3.1 NRT1.5和NRT1.8对Cd胁迫的响应
•     4.3.2 NRT1.5和NRT1.8对ABA信号的响应
•   4.4 小结
• 第五章 镉胁迫下外源ABA对油菜的生长与抗性的影响
•   5.1 材料与方法
•     5.1.1 试验材料与处理
• 4+含量采用靛酚蓝比色法进行测定'>    5.1.2 NH⁴⁺含量采用靛酚蓝比色法进行测定
•     5.1.3 在油菜中的实验,其它方法均同于拟南芥的实验方法。
•   5.2 结果分析
•     5.2.1 Cd胁迫下外源ABA对油菜抗性的影响
•     5.2.2 Cd胁迫下外源ABA对油菜镉含量的影响
•     5.2.3 Cd胁迫下外源ABA对油菜硝酸盐分配的影响及分子机制
•     5.2.4 Cd胁迫下外源ABA对油菜氮素与生长的影响
•   5.3 讨论
•     5.3.1 外源ABA的添加增强油菜的抗Cd能力
•     5.3.2 外源ABA增强油菜抗Cd胁迫的分子生理机制
•     5.3.3 Cd胁迫下外源ABA如何影响油菜的NUE
•   5.4 小结
• 第六章 全文总结、创新点和展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 创新点
•   6.3 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王涛

导师: 张振华

关键词: 镉胁迫,脱落酸,质子泵活性

来源: 湖南农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,生物学,环境科学与资源利用

单位: 湖南农业大学

分类号: X173;Q943.2

DOI: 10.27136/d.cnki.ghunu.2019.000723

总页数: 68

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