论文题目: 植物螯合肽及植物螯合肽合成酶在植物镉耐性和积累中的作用机制研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 遗传学
作者: 韩凝
导师: 朱睦元
关键词: 草坪草,匍匐翦股颖,高羊茅,重金属耐性,重金属积累,植物鳌合肽,植物鳌合肽合成酶,谷胱苷肽,植物修复
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 当前,重金属污染作为一个严重的环境问题日益受到关注。植物修复技术即利用对重金属具有超量积累能力的植物对污染土壤进行修复处理。该技术具有高效、经济及其生态协调性等优势,显示出光明的发展前景,并已成为近年来学术界研究的热点之一。植物重金属耐性和积累分子机制的研究将为植物修复技术的发展奠定理论基础。 植物对重金属的耐性及金属体内稳态的维持受到一个复杂网络机制的调控,其中植物螯合肽（Phytochelatins,PC）在植物镉（cadmium,Cd）等重金属脱毒中发挥重要作用。本研究以草坪草匍匐翦股颖[Agrostis stolonifera Lvat.palustris（Huds）Farw cv.Princeville]和高羊茅（Festuca arundinacea schreb.cV.Vegas）及模式植物烟草作为材料,探讨（1）PC在不同Cd耐性和积累水平草坪草品种中的作用;（2）植物螯合肽合成酶表达对PC生物合成、Cd耐性及积累的影响;（3）能否通过转基因途径提高PC水平及重金属耐性和积累能力。一、草坪草匍匐翦股颖和高羊茅镉耐性和积累机制研究 以幼苗和悬浮细胞为材料,对匍匐翦股颖和高羊茅两种草坪草在Cd处理条件下的耐性和积累水平进行了比较,观察到两者在生理和生化上的不同反应。 1.匍匐翦股颖对Cd的耐性和积累能力显著高于高羊茅。对于高羊茅幼苗,根伸长半抑制Cd浓度为50μM,翦股颖约为500μM。以悬浮细胞的相对存活率看,2mM Cd处理能使翦股颖细胞褐化死亡;而高羊茅细胞致死浓度为500μm。翦股颖对Cd的积累能力优于高羊茅,50μM CdCl2处理1月后,翦股颖小苗中Cd积累量为高羊茅的1.68倍,1000μM CdCl2处理时则为2.67倍。悬浮细胞Cd含量测定结果与幼苗一致。50μM CdCl2处理一周,翦股颖细胞Cd含量为高羊茅的6.71倍;1000μM CdCl2处理一周,翦股颖细胞Cd含量达2283.2μgg-1DW,而高羊茅细胞为797.5μgg-1DW。 2.Cd处理能导致脂质过氧化产物在植物细胞内的积累。随着Cd浓度提高,两种细胞MDA含量都表现为增长的趋势。200μM CdCl2处理l周后,对Cd敏感性较强的高羊茅细胞MDA浓度极显著增加（p<O.01）。 3.Cd处理能诱导两种草坪草细胞PC的合成。随着Cd浓度的上升,两种细胞PC的生成量都有显著增加,其中高羊茅细胞PC含量明显高于翦股颖细胞。50μM CdCl2处理3天后,高羊茅细胞PC的浓度为翦股颖细胞的11.22倍。 4.外源添加谷胱苷肽（Glutathione,GSH）使翦股颖细胞Cd耐性显著提高,lmMGSH预培养一天后使2mM CdCl2处理细胞的相对存活率提高1.89倍,2mM GSH使存活率提高1.54倍。而对于高羊茅细胞来说,外源添加1mM或2mM GSH对150μM CdCl2处理的细胞相对存活率都无显著影响。用γ-ECS特异抑制剂buthionine sulphoximine（BSO）对细胞预处理2h后,降低两种细胞的Cd耐性。 5.在Cd处理条件下,PC合成是两种草坪草细胞维持一定水平耐性的因素之一,但PC
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 文献综述
第一节 植物重金属耐性和体内稳态维持的分子机制
1．1 概述
1．2 金属离子的吸收
1．3 螯合
1．4 伴侣蛋白和金属转运
1．5 细胞内螯合
1．6 总结
第二节 植物螯合肽在植物重金属脱毒中的作用机制
2．1 PC的结构和生物合成途径
2．2 PC合成酶基因的克隆
2．3 PC合成酶的活化机制
2．4 PC合成酶表达的特点
2．5 PC合成的多重调控
2．6 PC-Cd复合物在液泡中的螯合
2．7 PC的功能
第三节 重金属污染土壤的植物修复技术
3．1 植物修复
3．2 重金属污染与植物修复
3．3 耐性植物和超富集植物
3．4 转基因技术在植物修复中的应用
3．5 展望
第二章 草坪草匍匐翦股颖和高羊茅镉耐性和积累机制的研究
1．前言
2．材料和方法
2．1 草坪草小苗的Cd耐性和积累能力测定
2．2 草坪草悬浮细胞对Cd的耐性
2．3 酸溶性硫醇化合物、谷胱苷肽和PC的测定
2．4 外源GSH和BSO对细胞Cd耐性的影响
2．5 草坪草悬浮细胞Cd含量的测定
2．6 数据的统计分析
3．结果
3．1 Cd对两种草坪草生长的抑制作用
3．2 小苗对Cd的积累效应。
3．3 Cd对悬浮细胞生长和活性的效应
3．4 Cd胁迫下脂质过氧化水平的变化
3．5 Cd处理引起TAST、GSH水平的变化及PC的生成
3．6 外源添加GSH或BSO处理对细胞Cd耐性的影响
3．7 草坪草细胞对Cd的积累效应
4．讨论
4．1 Cd能抑制生长并引起氧化胁迫
4．2 Cd处理对GSH代谢和PC合成的影响
4．3 PC可能不是翦股颖和高羊茅细胞形成Cd耐性和积累水平差异的主要原因
5．结论
第三章 AtPCS1转基因烟草镉耐性和积累水平的研究
1．前言
2．材料和方法
2．1 AtPCS1的克隆
2．2 植物表达载体的构建
2．3 农杆菌介导的烟草转化和植株再生
2．4 AtPCS1转基因烟草T1代的分子鉴定
2．5 T1代的Northern blot分析
2．6 T1代的Cd耐性和积累能力分析
2．7 T1代的TAST、GSH和PC分析
3．结果
3．1 AtPCS1的克隆和pCAMBIA13011—AtPCS1表达载体的构建
3．2 叶圆盘法烟草转化和再生植株的获得
3．3 AtPCS1转基因烟草的分子鉴定
3．4 转AtPCS1基因T1代烟草的Northern blot分析
3．5 转AtPCS1基因T1代烟草的Cd耐性检测
3．6 转AtPCS1基因T1代烟草的TAST、total GSH和PC分析
3．7 转AtPCS1基因T1代烟草的Cd积累能力
4．讨论
4．1 PCS表达与PC合成的关系
4．2 PCS超量表达与Cd耐性之间的关系
4．3 PCS表达与Cd积累的关系
5．结论
第四章 利用农杆菌介导法将细菌gshⅠ转入匍匐翦股颖
1．前言
2．材料与方法
2．1 gshⅠ基因的克隆和表达载体的构建
2．2 DNA导入农杆菌
2．3 翦股颖愈伤组织的诱导
2．4 农杆菌介导的翦股颖转化和植株再生
2．5 GUS组织染色
2．6 再生植株的分子鉴定
3．结果
3．1 gshⅠ基因的克隆和pCAMBIA-gshⅠ表达载体的构建
3．2 农杆菌转化子鉴定
3．3 农杆菌介导的匍匐翦股颖转化体系的建立
3．4 再生植株的分子鉴定
4．讨论
4．1 农杆菌介导的匍匐翦股颖转化体系的建立
4．2 谷胱苷肽在PC合成及植物重金属耐性中的作用
5．结论
参考文献
在读期间参加的科研项目及发表的论文
致谢
发布时间: 2005-10-10
参考文献
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