水稻过表达TaPCS1导致镉敏感及其生理机制的研究

论文摘要

镉（Cadmium, Cd）是最主要的重金属污染元素之一,它对农作物产生多种生理毒害作用。水稻（Oryza sativa L.）对Cd有较强生理耐受力和积累力,这给我国人民的健康带来了潜在的危害。植物螯合肽（Phytochelatins, PCs）是一类巯基含量丰富的重金属螯合肽,在Cd的解毒和运输中起到重要的作用。PCs是由植物螯合肽合成酶（Phytochelatin synthase, PCS）以谷胱甘肽（GSH）为底物得到的。转PCS基因的研究很多,但是研究结果差异非常大,转PCS基因可导致增加Cd抗性,也可引起Cd敏感性；可增加植株Cd的积累也可减少Cd的积累等等。然而水稻转PCS基因的研究很少,因此我们将来源于小麦的TaPCS1导入粳稻中花11（Oryza sativa L. subsp. Japonica, cv. Zhonghua11）,探讨PCs在水稻对Cd抗性中的作用。主要研究结果如下：1.转TaPCS1水稻在500μM Cd处理下,和ZH11相比表现为镉敏感型植株,转基因水稻生物量的显著降低、株高的下降、叶片的萎蔫和枯黄更加严重。2.转TaPCS1能够改变Cd在植株体内的分布。主要表现在两个方面：一是,转基因水稻增加了Cd在地上部的积累,而根中Cd的含量差异不明显,表明过表达TaPCS1能够增加Cd向地上部分的运输的能力,侧面反映了PCs在Cd运输中的作用；二是,转基因水稻增加了Cd在细胞液中的含量,反映了PCs在Cd的液泡区室化解毒中的功能。3.转基因水稻在Cd处理下显著增加了NPT和PCs的合成,伴随着GSH含量急剧下降。GSH含量的下降引起了AsA-GSH循环中的GSH、AsA、NADPH含量的降低,以及GSH/GSSG、AsA/DHA、NADPH/NADP+比值的下降,从而导致消除活性氧的功能降低,增加了重金属引起的氧化胁迫的危害,表现为转基因水稻H2O2含量的显著升高,导致转基因株系的Cd敏感型。4.转基因水稻不仅增加了Cd在细胞可溶性部分的含量,也增加Cd在细胞器中的积累,细胞器中的Cd能够损坏细胞器的结构,引起细胞代谢的紊乱,最终会导致细胞死亡,这些是转基因水稻镉敏感的另一个重要原因。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 缩略词表
• 第一章 文献综述
• 1.1 镉及其对植物的毒害
• 1.1.1 镉的理化性质
• 1.1.2 镉影响植物的生长
• 1.1.3 镉对植物细胞壁、细胞膜的影响
• 1.1.4 镉对植物亚细胞结构的损伤
• 1.1.5 镉对植物新陈代谢的影响
• 1.1.6 镉引起植物的氧化胁迫
• 1.2 植物对镉胁迫的抗性机制
• 1.2.1 细胞壁的束缚作用
• 1.2.2 细胞质膜的作用
• 1.2.3 热休克蛋白（HSP,Heat shock proteins）
• 1.2.4 螫合解毒机制
• 1.2.5 抗氧化系统对镉的解毒作用
• 1.3 转植物螯合肽合成酶基因植物的研究
• 1.4 本文的研究目的
• 第二章 转TaPCS1水稻的筛选及表型分析
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 水稻的培养
• 2.1.3 转TaPCS1水稻的卡那霉素筛选
• 2.1.4 转TaPCS1水稻的PCR和RT-PCR检测
• 2.1.5 水稻的Cd胁迫处理
• 2.1.6 数据分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 卡那霉素抗性鉴定
• 2.2.2 PCR检测结果
• 2.2.3 RT-PCR的检测结果
• 2.2.4 Cd胁迫下水稻的表型分析及鲜重分析
• 2.3 讨论
• 第三章 转TaPCS1水稻镉敏感性的生理机制
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 镉含量的测定
• 3.1.2 镉在地上部的亚细胞分布
• 2O₂含量的测定'>3.1.3 H₂O₂含量的测定
• 3.1.4 GSH和GSSG含量测定
• 3.1.5 AsA和DHA含量测定
• 4和NADPH含量测定'>3.1.6 NADP⁴和NADPH含量测定
• 3.1.7 NPT和PCs含量测定
• 3.1.8 数据分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 水稻根和地上部镉含量分析
• 3.2.2 不同水稻地上部镉的亚细胞分布
• 3.2.3 NPT和PCs含量的变化
• 3.2.4 GSH和GSSG含量的变化
• 3.2.5 AsA和DHA含量的变化
• 4含量的变化'>3.2.6 NADPH和NADP⁴含量的变化
• 3.2.7 镉胁迫下过氧化氢含量的变化
• 3.3 讨论
• 全文结论及展望
• 1 全文结论
• 2 展望
• 参考文献
• 个人简历