釩脅迫下不同基因型鷹嘴豆在生長、抗氧化系統(tǒng)和基因損傷上的響應(yīng)研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著土壤中重金屬污染日益嚴(yán)重,重金屬污染已經(jīng)成為不可忽視的環(huán)境問題,重金屬污染的土壤和農(nóng)產(chǎn)品嚴(yán)重威脅著植物和人類的健康。在所有的非必需金屬元素中,釩的研究日益得到學(xué)者們的重視和關(guān)注。盡管到目前為止我們對V在生物系統(tǒng)循環(huán)中的作用還知之甚少,釩依舊被認(rèn)為是植物必需的微量元素之一。然而近幾十年的研究表明,V有可能對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生毒害。一般來說,我們認(rèn)為V的毒性是由H2VO4-引起的,然而一些植物所必需的營養(yǎng)元素也是以類似H2VO4-的化學(xué)

2、形態(tài)存在。與我們研究的較多的一些重金屬(Cd,As,Hg,Pb,Cu,Zn)相比,目前在污染土壤中V的污染標(biāo)準(zhǔn)并不明確。針對這一現(xiàn)狀,我們篩選了四種不同基因型(V-耐受型和V-敏感型)的鷹嘴豆來研究V脅迫下植物的生理生化響應(yīng),為了評估V對于不同基因型的鷹嘴豆的影響我們設(shè)計了一系列的水培實驗,測定了不同基因型的鷹嘴豆在生物量、酶活性、釩在鷹嘴豆體內(nèi)的吸收和分布特性以及基因表達等相關(guān)指標(biāo)。通過實驗室批量實驗我們研究了在釩暴露條件下鷹嘴豆在種

3、子萌發(fā)率、抗氧化酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng)、總可溶性蛋白、離子滲漏、光合作用色素、地上部和地下部對V的累積、DNA損傷和基因表達上的變化。本研究主要內(nèi)容包括:
 ?、欧N子萌發(fā)是植物生長周期中最關(guān)鍵的階段,因此我們首先研究了不同濃度的V對6種不同基因型的鷹嘴豆(G-1,Z-1,Pb-2000,C-44,Balkasar and Noor-2009)種子在萌發(fā)和幼苗生長的影響。研究結(jié)果表明隨著V濃度的增加鷹嘴豆的種子發(fā)芽率、根和莖的長度、莖長活

4、力指數(shù)(SLVI)、莖重活力指數(shù)(SWVI)、鮮重、發(fā)芽指數(shù)(GI)、出芽百分比(PP)、日均發(fā)芽率(MDG)逐漸降低,V濃度為60 mg L-1時降低的幅度最大。同時結(jié)果還表明在種子萌發(fā)和幼苗階段Noor-2009和C-44對V表現(xiàn)出極大的耐受性,而G-1和Balkasar對V脅迫反應(yīng)敏感。研究結(jié)果顯示V對不同基因型的鷹嘴都在種子萌發(fā)和幼苗階段有很大的影響。
 ?、茷檫M一步了解V對植物體的生長、吸收累積、蛋白含量以及酶活性的影響

5、,我們設(shè)計了水培實驗篩選出了V-敏感型和V耐受型的不同基因型的鷹嘴豆品種。研究結(jié)果表明V添加條件下不同基因型的鷹嘴豆的抗氧化酶系統(tǒng)(SOD,POD和CAT)以及非酶系統(tǒng)(MDA和GSH)都顯著增加,同時V添加后所有基因型的鷹嘴豆的蛋白質(zhì)含量顯著降低,V在鷹嘴豆的地上部和地下部的累積都顯著增加。研究還發(fā)現(xiàn)NH4VO3對植物的毒害要高于Na3VO4。數(shù)據(jù)分析表明,Noor-2009和C-44是V-耐受型,而G-1和Balkasar是V-敏感

6、型。
 ?、峭ㄟ^上述篩選的不同基因型的鷹嘴豆,我們研究了V添加條件下植物的光合作用色素、膜損傷、抗氧化酶系統(tǒng)以及DNA損傷的變化。實驗數(shù)據(jù)表明,在V濃度為60和120 mg L-1時在Balkasar中發(fā)現(xiàn)有基因損傷,且隨著V的添加濃度的增加(15-120 mg L-1) Balkasar的光合作用色素和蛋白質(zhì)含量逐漸下降,膜系統(tǒng)受到破壞;在C-44中隨著V的添加濃度的增加(15-120 mg L-1)光合作用色素和蛋白質(zhì)含量逐漸

7、下降,膜系統(tǒng)受到破壞,然而我們并沒有觀察到DNA損傷的證據(jù)。同時在兩種基因型的鷹嘴豆中隨著V濃度的增加不同基因型的鷹嘴豆的抗氧化酶系統(tǒng)(SOD,POD和CAT)逐漸增加,C-44的變化大于Balkasar。實驗結(jié)果表明V脅迫條件下V-敏感型的鷹嘴豆DNA損傷嚴(yán)重。
 ?、韧^V和P的交互實驗我們研究了高V低P條件以及低V高P條件下不同基因型的鷹嘴豆在V累積量和基因表達上的差異。研究數(shù)據(jù)表明與對照相比高V低P條件下鷹嘴豆生物量顯著下

8、降,而在高P低V條件下生物量顯著增加,C-44的生物量的增加要大于Balkasar。在低V條件下兩種基因型的鷹嘴豆地上部和地下部V的累積量都顯著降低,且V在地下部的累積量要大于地上部。在高V低P條件下V在地上部和地下部的累積更多。葉片的電鏡分析表明高V低P條件下細胞變小而且受損嚴(yán)重。在兩種基因型的鷹嘴豆中GAPDH基因的表達差異不顯著。在C-44中在高V(1180μM)低P(500μM)時Hsp70基因的表達活躍,而在低V(500μM)

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