銅脅迫下鳳丹和觀賞牡丹的生理反應(yīng)及鳳丹轉(zhuǎn)錄組分析.pdf

1、鳳丹（Paeoniaostii）為原產(chǎn)于安徽銅陵鳳凰山地區(qū)的藥用牡丹種類（其根皮（鳳丹皮）為著名的地道藥材），同時(shí)兼具較高的觀賞價(jià)值。鳳丹根系發(fā)達(dá)，抗逆性強(qiáng)，在生產(chǎn)上常被用作觀賞牡丹嫁接育苗的優(yōu)良砧木。前人和我們的研究發(fā)現(xiàn)，鳳丹在安徽銅陵銅尾礦地區(qū)生長(zhǎng)良好，丹皮產(chǎn)量高，品質(zhì)好，說(shuō)明鳳丹在銅污染土壤上具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。為揭示鳳丹的耐銅機(jī)理，本研究通過(guò)考察鳳丹在銅脅迫下生長(zhǎng)和生理反應(yīng)，以揭示鳳丹耐銅生理機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上，分析銅脅迫下鳳丹

2、轉(zhuǎn)錄組的變化規(guī)律，尋找鳳丹體內(nèi)響應(yīng)銅脅迫的基因，從而初步揭示鳳丹耐銅的分子機(jī)制，為利用鳳丹對(duì)銅污染土壤進(jìn)行修復(fù)與開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。另一方面，鑒于鳳丹常用作觀賞牡丹嫁接育苗的砧木，為研究牡丹嫁接后是否具有與鳳丹相似的耐銅性，本研究以‘肉芙蓉’牡丹嫁接苗為試材，考察了觀賞牡丹在銅脅迫下的生理反應(yīng)，為拓寬牡丹種植范圍，嘗試將牡丹種植于銅污染土壤上，達(dá)到既吸附銅降低銅污染，又美化環(huán)境目的提供理論依據(jù)。
　　1.銅脅迫對(duì)鳳丹生長(zhǎng)及生理特

3、性的影響
　　采用盆栽法，研究鳳丹在不同濃度(0，300mg·kg-1，600mg·kg-1，900mg·kg-1，1200mg·kg-1)銅處理下的反應(yīng)，結(jié)果表明:銅處理對(duì)鳳丹生長(zhǎng)無(wú)顯著抑制作用;300mg·kg-1銅處理能促進(jìn)株高和新枝長(zhǎng)度的增加;600mg·kg-1銅處理對(duì)根頸加粗和主根的伸長(zhǎng)有促進(jìn)作用。葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量在≤600mg·kg-1銅處理下不受影響，葉片中SOD活性受1200mg·kg-1銅處理誘導(dǎo)

4、升高。根系中的SOD以及葉和根中的POD活性在銅脅迫下均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)。MDA含量?jī)H在1200mg·kg-1銅處理下的根中發(fā)生顯著升高。銅主要分布在根部，地上部含量維持相對(duì)穩(wěn)定。Ca和Mn含量完全不受銅脅迫的影響，葉片中K含量在600mg·kg-1和900mg·kg-1銅處理下顯著降低，但600mg·kg-1銅處理下葉中Mg的積累量增加，銅濃度≥600mg·kg-1時(shí)葉中Zn的吸收顯著受到抑制，銅處理可促進(jìn)根系對(duì)Fe的吸收，但葉片中

5、Fe含量受銅脅迫誘導(dǎo)顯著下降。900和1200mg·kg-1銅處理下葉和莖中的P含量顯著下降，而根部P的吸收在600mg·kg-1銅濃度下就已經(jīng)開始出現(xiàn)顯著下降。
　　2.銅脅迫對(duì)觀賞牡丹生長(zhǎng)及抗氧化酶活性等生理特性的影響
　　利用盆栽方法對(duì)以鳳丹根為砧木嫁接的‘肉芙蓉’牡丹苗進(jìn)行低(300mg·kg-1)、中(600mg·kg-1)、高(900mg·kg-1)三個(gè)濃度銅處理，研究其在不同銅處理下的生長(zhǎng)、生理及元素吸收情況，

6、結(jié)果表明:300和600mg·kg-1銅處理對(duì)植株大部分的形態(tài)指標(biāo)無(wú)顯著影響，600mg·kg-1銅處理促進(jìn)根頸的增粗。不同濃度銅處理下葉綠素含量均無(wú)顯著差異，但葉綠素a/b在600和900mg·kg-1銅處理下均顯著下降。SOD活性受銅處理誘導(dǎo)升高，但900mg·kg-1銅處理下活性無(wú)顯著變化。POD活性在銅脅迫下表現(xiàn)為300mg·kg-1銅濃度促進(jìn)，600和900mg·kg-1濃度抑制。MDA含量在低銅處理下影響不顯著，中高濃度下M

7、DA含量出現(xiàn)上升趨勢(shì)。植株通過(guò)根系滯留作用有效的將大部分銅離子控制在根部，使地上部的銅含量維持在較低水平。葉片中Zn含量在所有銅處理下均顯著降低，根系對(duì)Zn的吸收僅受高濃度銅處理抑制。除此之外，所有銅處理均未對(duì)P、K、Ca、Mg、Fe及Mn在葉片和根系中的吸收產(chǎn)生抑制效應(yīng)。
　　3.鳳丹轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析
　　采用水培法，用100μMCuSO4對(duì)鳳丹進(jìn)行銅脅迫處理，分別于處理后1h、6h、12h、24h取對(duì)照(CK)和銅脅迫處理

8、(copper)的鳳丹的根、莖、葉，分別提取總RNA，然后等量混合，采用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)CK和copper兩個(gè)轉(zhuǎn)錄組文庫(kù)測(cè)序，結(jié)果表明，CK文庫(kù)共獲得cleanreads53221924個(gè)，總長(zhǎng)為4789973160bp，組裝得到平均長(zhǎng)度為300bp的Contig160071個(gè)，總長(zhǎng)度為48014829bp，N50為496bp，最終拼接得到了平均長(zhǎng)度為600bp的Unigene82302個(gè)，總長(zhǎng)度為49382245bp，N50為985b

9、p。Copper文庫(kù)獲得cleanreads52068126個(gè)，總長(zhǎng)為4686131340bp，組裝得到平均長(zhǎng)度為307bp的Contig144049個(gè)，總長(zhǎng)度為44238621bp，N50為506bp，最終拼接得到了平均長(zhǎng)度為580bp的Unigene77204個(gè)，總長(zhǎng)度為44772914bp，N50為929bp。與Nr庫(kù)比對(duì)后獲得了45684個(gè)功能注釋，在Swiss-Prot中得到了28821個(gè)注釋。篩選到4324個(gè)差異表達(dá)的基因，