東南景天和鴨跖草的遺傳多樣性研究及鎘耐性基因克隆.pdf

1、重金屬超富集植物對(duì)重金屬具有強(qiáng)耐性和超富集的特性，是研究重金屬脅迫下植物適應(yīng)和系統(tǒng)進(jìn)化非常理想的材料。東南景天(Sedum alfredii)和鴨跖草(Commelina communis)分別是近年來(lái)在我國(guó)境內(nèi)發(fā)現(xiàn)的鋅/鎘超富集植物和銅富集植物。本研究一方面通過(guò)調(diào)查這兩種植物在礦山和非礦山生境中的分布，分析測(cè)試所調(diào)查的樣地和植物的重金屬含量，進(jìn)而用RAPD方法分析植物種群的遺傳多樣性，試圖找出超富集植物耐性或富集特性進(jìn)化的一般規(guī)律；另

2、一方面，選用東南景天Cd耐性/富集能力最強(qiáng)的礦山種群為材料，利用SSH方法構(gòu)建其在Cd脅迫下的差減cDNA文庫(kù)，篩選Cd耐性/富集基因，從分子水平去闡釋Cd耐性/富集特性。本研究的主要結(jié)果總結(jié)如下： 1.東南景天共采集到2個(gè)對(duì)照和5個(gè)污染種群，這5個(gè)污染種群由于受采礦活動(dòng)影響，土壤中Zn、Cd、Pb污染非常嚴(yán)重，植物體內(nèi)的重金屬含量也非常高，并且有一個(gè)種群(QZ，采自浙江衢州)的zn、Cd含量符合超富集植物的標(biāo)準(zhǔn)。而鴨跖草在

3、長(zhǎng)江中下游的銅礦區(qū)共采集了7個(gè)污染種群以及相應(yīng)的7個(gè)對(duì)照種群，同樣由于土壤中Cu污染嚴(yán)重，7個(gè)污染種群的Cu含量也很高，有三個(gè)種群的根系Cu含量超過(guò)1，000 mg kg<'-1>。 2.RAPD結(jié)果顯示，與對(duì)照種群相比，東南景天的礦山污染種群的遺傳多樣性水平極顯著下降，并且發(fā)現(xiàn)種群的遺傳多樣性水平與樣地土壤重金屬污染狀況呈顯著負(fù)相關(guān)。因此，可以推測(cè)重金屬脅迫使東南景天的種群發(fā)生過(guò)瓶頸效應(yīng)和奠基者效應(yīng)，導(dǎo)致其遺傳多樣性下降。

4、然而，鴨跖草雖然種群?jiǎn)柕倪z傳多樣性變化很大，但礦山污染種群與對(duì)照種群之間沒(méi)有顯著性差異，這可能是種群間的基因流或連續(xù)的定居事件平衡了因瓶頸效應(yīng)和奠基者效應(yīng)產(chǎn)生的遺傳多樣性的下降。 3.AMOVA分析和UPGMA聚類表明，東南景天和鴨跖草種群間的遺傳分化極顯著。其中，東南景天的7個(gè)種群被分為污染、對(duì)照和QZ(三大類群：而鴨跖草的14個(gè)種群直接被分為污染和對(duì)照兩大類群。這說(shuō)明土壤重金屬污染對(duì)東南景天和鴨跖草的遺傳分化起重要作用。

5、另外，種群間的遺傳距離與地理距離的相關(guān)性分析表明，地理隔離對(duì)污染種群間的遺傳分化沒(méi)有影響，但在對(duì)照種群間的遺傳分化過(guò)程中有顯著影響。因此，可以推測(cè)重金屬脅迫是超富集植物進(jìn)化的關(guān)鍵因子。 4.根據(jù)植物外形、金屬耐性/富集特性以及RAPD結(jié)果，東南景天的OZ種群可能已進(jìn)化為一種新的礦山生態(tài)型或亞種。利用東南景天的QZ種群為材料，以200 μmol L<'-1>CdSO<,4>處理的葉的eDNA為tester，對(duì)照為driver，

6、構(gòu)建了一個(gè)SSH差減文庫(kù)，經(jīng)過(guò)測(cè)序比對(duì)，得到22個(gè)與重金屬脅迫或其他脅迫下誘導(dǎo)表達(dá)的有關(guān)基因同源性較高的獨(dú)立克隆，如：蛋白激酶(protein kinase)、脂氧合酶(lipoxygenase)、葉綠體超氧化物歧化酶(ribulose-1，5-bisphosphatecarboxylase/oxygenase)、金屬硫蛋白(metallothionein，MT)、含組氨酸的磷酸轉(zhuǎn)移蛋白(histidine-containing pho