硅、硫?qū)λ旧槲?、積累的影響機制研究.pdf

1、隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展,重金屬污染所造成的社會問題和環(huán)境問題越來越受到人們的廣泛關(guān)注。砷作為一種致癌的微量元素,廣泛存在于環(huán)境中。砷污染的灌溉水、土壤由植物吸收富集后,可通過食物鏈進入人體,從而給人們的健康造成傷害。目前我國已經(jīng)成為世界衛(wèi)生組織(WHO)列出的砷污染最嚴重的國家和地區(qū)之一,因此,研究一種行之有效的方法用以降低砷經(jīng)食物鏈給人體健康所帶來的風險追在眉睫。水稻作為我國三大主要糧食作物之一,對其砷污染的控制也是十分重要的關(guān)乎人體

2、健康的問題。水稻是典型的喜硅作物,施硅能夠促進水稻的生長和高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn),也有研究報道硅能夠顯著降低水稻植株對As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的吸收,那么硅影響水稻砷吸收的內(nèi)在機理是什么?目前還沒有清楚、完整的解釋。另一方面,重金屬脅迫條件下,植物螯合肽(PCs)的合成是植物對脅迫的一種適應(yīng)性反應(yīng),且PCs是植物體內(nèi)主要的解毒物質(zhì)。硫作為水稻植株蛋白質(zhì)的重要組成成分,其對植物螯合肽(PCs)的合成非常重要。那么硫?qū)λ旧槲?、積累的影響程度如何及其機

3、理是什么?目前國內(nèi)外這方面的研究還不多,這也是本論文的主要研究問題。
　　 采用室內(nèi)水培和大田盆栽的方法研究了高效吸硅基因型TN1、白香粳和低效吸硅基因型卷葉粳和一目惚在硅、砷處理條件下對砷吸收、轉(zhuǎn)運和積累的差異及相關(guān)的生理生化機制；通過不同濃度的硫處理研究了施加硫?qū)λ旧槊{迫下植株抗氧化系統(tǒng)、植物螯合肽合成及砷轉(zhuǎn)運積累等方面的影響,同時結(jié)合分子生物學技術(shù)克隆得到一條植物螯合肽合成酶(PCS)基因,為下一步開展PCS基因功能的研

4、究奠定了基礎(chǔ)。本論文主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)硅對水稻砷吸收、轉(zhuǎn)運和積累的影響機制研究通過室內(nèi)水培和大田盆栽試驗,對不同吸硅速率水稻基因型苗期和成熟期水稻植株對砷的吸收、轉(zhuǎn)運和積累及相關(guān)的生理指標研究發(fā)現(xiàn),不同基因型水稻對砷的吸收和轉(zhuǎn)運存在差異。水稻苗期低效吸硅基因型在低砷條件下根部向地上部轉(zhuǎn)運砷的能力比高效吸硅品種強,并且其根部ATPase活性、非蛋白類巰基(NPT)含量的變化均比高效吸硅基因型的大；而在加砷條件下高效吸

5、硅品種根部與地上部積累的砷受硅素影響更大,但硅素對根表鐵膜的數(shù)量影響并不顯著。硅素的施用能夠降低水稻籽粒、稻殼、莖部、葉部和根部中砷的濃度,且稻殼的砷濃度在基因型間存在顯著差異。
　　 (2)硫?qū)λ旧槲?、轉(zhuǎn)運和積累的影響機制研究硫是含巰基類多肽的主要組成成分,故對植物螯合肽(PCs)和GSH的合成非常重要。通過不同濃度的砷酸鹽脅迫研究發(fā)現(xiàn),低濃度砷條件下水稻幼苗施硫能夠促進砷向地上部轉(zhuǎn)運；高濃度砷條件下施硫能夠顯著降低水稻植

6、株中的砷濃度。并且,施硫處理還顯著增加了水稻植株根部NPT、GSH、PCs的含量,說明在高濃度砷脅迫條件下,硫能夠通過增加水稻植株中植物螯合肽的含量來提高水稻對重金屬的抗性。
　　 進一步的試驗表明,水稻幼苗經(jīng)低硫(1.8μM SO42-)或高硫(0.7 mM SO42-)預(yù)處理12～14d及在10μM的亞砷酸鹽或砷酸鹽脅迫下生長2天或1天后,除了低硫預(yù)處理后砷酸鹽處理的水稻根部主要形態(tài)是砷酸鹽外,其它處理后水稻植株中砷的形態(tài)均

7、為亞砷酸鹽。在亞砷酸鹽處理中,并且低硫預(yù)處理的水稻根系中亞砷酸鹽積累量低于高硫預(yù)處理,但低硫預(yù)處理的水稻地上部中亞砷酸鹽濃度顯著高于高硫預(yù)處理的水稻地上部。在砷酸鹽處理中,低硫預(yù)處理使根系砷積累顯著降低。與高硫處理相比,低硫預(yù)處理植株的砷轉(zhuǎn)運系數(shù)較高。除此之外,營養(yǎng)液中硫素不足使砷脅迫下水稻根系中非蛋白巰基的濃度降低。這些結(jié)果說明水稻根系積累的砷大都以亞砷酸鹽的形態(tài)存在,且硫素狀況直接影響到砷從根系向地上部的轉(zhuǎn)運,這可能與亞砷酸鹽和植物

8、螯合肽形成絡(luò)合物有關(guān)。
　　 (3)水稻植物螯合肽合成酶(PCS)基因的克隆及植物表達載體的構(gòu)建利用RT-PCR方法從水稻總RNA中經(jīng)反轉(zhuǎn)錄克隆出植物螯合肽合成酶(phytochelatinsynthase,PCS)基因。通過序列分析發(fā)現(xiàn)該基因是位于水稻的第6號染色體上,并且與已經(jīng)登陸的水稻(Oryza sativa)NM001063069.1核苷酸序列同源性最高,而與高粱、玉米的親緣關(guān)系較遠。同時,為進一步研究PCS的理化性質(zhì)