不同耐性红麻品种对Cd胁迫的响应机制.docxVIP

不同耐性红麻品种对Cd胁迫的响应机制 导读 土壤镉(Cd)的污染是一个非常严重的环境问题。红麻是一种耐重金属的工业纤维作物，它在土壤植物修复方面有潜在的应用前景。但是关于红麻的Cd耐受性的分子机制仍不清楚。本研究以两个Cd不同敏感品种(GH和YJ)为材料，研究影响红麻对Cd耐性差异的关键因素。GH比YJ的Cd转移和积累能力更强，通过对丙二醛(MDA)含量和抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性的生理指标测定，表明GH的解毒能力强于YJ。在Cd胁迫下，GH的细胞超微结构比YJ的细胞超微结构更稳定。转录组分析显示有2221个基因(上调689个，下调1532个)和3321个GH生长激素中表达上调，表明植株通过激活这些基因表达以应对镉胁迫。DEG还涉及抗氧化、重金属转运或解毒、物质转运、植物激素和钙信号、超微结构成分以及很多个转录因子在红麻Cd耐性中的重要作用，并解释了Cd胁迫敏感性的差异。 实验设计 结果 1?GH比YJ对镉胁迫更耐受 ? 为了研究这两个红麻品种对Cd胁迫的生长变化，在Cd处理7d后，分别测定两个红麻品种的株高和生物量(总鲜重)。在正常生长情况下，两个品种的株高、株重(生物量)均无显著差异。而在10mgL-1Cd胁迫下，两个品种的株高和生物量均受到显著抑制，GH的株高和生物量均显著高于YJ。GH的株高抑制率为15.4%，生物量抑制率为34.4%，YJ的抑制率为21.9%，生物量抑制率为47.8%。这说明YJ对Cd胁迫的抑制比GH更严重，即GH比YJ对Cd胁迫的抗性更强（图1）。 ? 图1.两个品种红麻幼苗在对照和10mgL-1CdCl2处理下的植株生长情况。A对照和Cd胁迫条件下GH和YJ的株高。B?GH和YJ的株高抑制率。C对照和Cd胁迫条件下GH和YJ的株重。D GH和YJ对植株重量的抑制率。 ? 2??GH对Cd的吸收和转运能力强于YJ ? 研究分析了Cd胁迫下根部和地上部的积累规律。红麻对Cd有较高的吸收积累能力，是一种潜在的高Cd积累作物。根部Cd含量显著高于地上部，Cd转运率(TF)说明GH的Cd转运能力显著高于YJ。GH和YJ的Cd转运率分别达到0.169和0.139，说明红麻对Cd的吸收和转运达到中等效率（图2B）。综上所述，GH比YJ具有更强的Cd吸收和转运能力，对Cd胁迫的耐受性更强（图2）。 ? 图2.两个品种在对照和10mgL?1CdCl2处理下对Cd的吸收和转运能力。A GH和YJ在根和地上部Cd含量。B?GH和YJ的Cd转移率。 ? 3??Cd胁迫对GH的超微结构损伤小于YJ ? Cd在植物细胞中的积累会破坏细胞的超微结构，进而抑制植物的生长发育。因此，利用电镜技术研究镉对细胞超微结构的损伤具有重要意义。两个品种的根分生组织细胞在Cd处理下的透射电镜图片与各自的对照相比均有明显的超微结构变化（图3）。对照组两个品种没有明显差异，处理后，YJ与GH相比，细胞形态不规则，细胞极度空泡化，线粒体肿胀变形，嵴较少。说明在Cd胁迫下，YJ的细胞超微结构损伤比GH严重。 ? 图3.两个品种根系透射电镜超微结构的比较。A?GH对照根分生组织细胞的超微结构。B?GH在Cd胁迫根分生组织细胞的超微结构。C?YJ对照根分生组织细胞的超微结构。D?YJ在Cd胁迫根分生组织细胞的超微结构。 ? 4?抗氧化酶活性 ? 丙二醛(MDA)含量可反映活性氧对细胞膜的损伤程度。两个品种对照组MDA含量没有显著差异。Cd胁迫使两品种的MDA含量均显著增加，YJ组MDA含量明显高于GH组。在Cd胁迫条件下，YJ的MDA含量是GH的1.25倍，说明Cd对前者造成的膜伤害更严重（图4A）。 ? 通过抗氧化酶活性分析进一步研究Cd诱导的氧化应激。GH和YJ的SOD、POD和CAT等关键酶对Cd胁迫的响应不同。两品种幼苗在Cd胁迫下SOD活性均升高，GH比YJ增加的更快，且显著高于YJ。Cd胁迫下，GH和YJ的POD活性显著升高。Cd胁迫下GH的POD活性相当于YJ的2.1倍。与对照相比，Cd胁迫下叶片CAT活性显著升高，GH和YJ的CAT活性分别为相应对照的500%和478%。与SOD和POD所表现的趋势相反，GH的CAT活性低于YJ。这些结果表明，SOD和POD可能是GH品种抗氧化的关键因素，而CAT是YJ品种Cd胁迫的主要抗氧化酶。综上所述，GH表现出比YJ更高的抗氧化酶活性，从而有助于提高其对Cd的耐性。 ? 图4.Cd胁迫对红麻幼苗叶片MDA含量及SOD、POD、CAT活性的影响。 ? 5 转录组测序分析 ? 以Cd胁迫叶片和对照叶片为材料进行转录组分析，揭示叶片对Cd胁迫的基因表达谱。YJ中Cd胁迫样品中共有2221个DEG，其中有689个上调基因和1532个下调基因。GH中有3321个DEG，其中2451个上调基因和87