毛白楊組培苗對一溴代聯(lián)苯醚(4-BDE)污染脅迫的生物響應(yīng)機制研究.pdf

1、多溴聯(lián)苯醚(Polybrominated diphenyl ethers，PBDEs)是一種新型持久性有機污染物(Persistant Organic Pollutants，POPs)，由于其優(yōu)異的阻燃性能，已被廣泛地應(yīng)用于各種消費品中，如:電子設(shè)備、海綿家具、建材及紡織行業(yè)等。由于PBDEs的環(huán)境穩(wěn)定性、難降解性和低水溶性，其在環(huán)境中表現(xiàn)出高度的殘留性，可通過食物鏈進入人體后富積放大，對人體和生物造成巨大的危害。隨著PBDEs在環(huán)境和

2、人體中的含量不斷升高，該類化合物所造成的環(huán)境問題也越來越受到關(guān)注。植物修復(fù)是生物修復(fù)的重要方面，植物可以抵抗和吸收一定濃度范圍內(nèi)的環(huán)境污染物，并對污染物的轉(zhuǎn)運過程發(fā)揮重要作用。目前有關(guān)多環(huán)芳烴(Polycyclic AromaticHydrocarbons，PAHs)和多氯聯(lián)苯(Polychlorinated biphenyls，PCBs)對植物生長和生理方面影響已有文獻報道，但尚缺乏系統(tǒng)深入的研究，對PBDEs的植物修復(fù)相關(guān)研究尚無文

3、獻報道。
　　為了深入了解植物修復(fù)多溴聯(lián)苯醚的分子機制，本文選用毛白楊組培苗為供試材料，以溴代阻燃劑PBDEs同系物中溴含量最低的化合物4-BDE為靶標(biāo)污染物，對4-BDE暴露條件下毛白楊組培苗形態(tài)學(xué)、細(xì)胞組織學(xué)、生理生化以及重要基因等相關(guān)應(yīng)答反應(yīng)進行系統(tǒng)研究，取得了以下研究結(jié)果:
　　1.形態(tài)學(xué)應(yīng)答反應(yīng)
　　在試驗所設(shè)定0～300 mg·L-1的4-BDE暴露條件下，毛白楊組培苗植株生長緩慢、植株矮小，葉片失綠，葉片

4、面積變小。30 mg·L-14-BDE暴露條件下的組培苗葉片出現(xiàn)白化現(xiàn)象，但隨4-BDE暴露時間的延長，葉片出現(xiàn)復(fù)綠現(xiàn)象。4-BDE暴露條件下毛白楊組培苗的不定根變短粗，數(shù)量增多。
　　2.細(xì)胞組織學(xué)應(yīng)答反應(yīng)
　　低劑量3 mg·L-14-BDE暴露條件下毛白楊組培苗葉片、莖和根的損傷不顯著。高劑量30～300mg·L-14-BDE暴露條件下組培苗葉片和莖出現(xiàn)明顯受害狀。隨暴露劑量的增加，主脈明顯變小，葉片上、下表皮細(xì)胞受害

5、，柵欄組織和海綿組織分化不明顯，木質(zhì)部導(dǎo)管分化程度降低，根褐化并出現(xiàn)壞死細(xì)胞。30 mg·L-14-BDE暴露58d時，葉片內(nèi)重現(xiàn)柵欄組織和海綿組織的分化，葉片主脈的破損現(xiàn)象不顯著。
　　3.生理生化應(yīng)答反應(yīng)
　　4-BDE暴露條件下，葉片色素含量呈先降低后升高的趨勢。隨4-BDE暴露劑量的升高，葉片的比葉重降低。4-BDE單獨暴露生長素與細(xì)胞分裂素含量變化顯著，4-BDE協(xié)同0.5 mg·L-1 IBA暴露生長素與細(xì)胞分裂

6、素含量無顯著變化。4-BDE單獨暴露條件下，生長素含量顯著低于對照，除iPA含量顯著高于對照外，其他的細(xì)胞分裂素DHZR和ZR含量顯著低于對照，細(xì)胞分裂素總含量和生長素/細(xì)胞分裂素比值也顯著低于對照。用不同濃度梯度的4-BDE對含有DR5∷GUS應(yīng)答基因的擬南芥幼苗進行處理，擬南芥DR5∷GUS對0.003～3 mg·L-14-BDE暴露均有微弱應(yīng)答，擬南芥DR5∷GUS對30～300 mg·L-14-BDE暴露無應(yīng)答。說明0.003～

7、3 mg·L-14-BDE暴露條件下，4-BDE對組培苗有微弱的類植物激素作用。
　　4.基因應(yīng)答反應(yīng)
　　篩選出4-BDE暴露條件下毛白楊組培苗葉和根中差異表達的防御基因和植物激素類相關(guān)基因，選擇防御基因中的ABC轉(zhuǎn)運蛋白家族部分基因驗證其表達量，得到與轉(zhuǎn)錄組測序同樣的結(jié)果?？寺BC轉(zhuǎn)運蛋白家族基因0596，構(gòu)建p'Cambia1302-35S-0596-GFP融合表達載體，得到0596-join蛋白定位于細(xì)胞質(zhì)膜和葉綠

8、體膜上。
　　在毛果楊數(shù)據(jù)庫中共篩選得到38個ABC轉(zhuǎn)運蛋白家族成員，分別分布在亞家族B和亞家族C中，亞家族B中的成員相對較多。ABC轉(zhuǎn)運蛋白家族成員中雙分子蛋白相對較多，包括2個結(jié)合域和兩個跨膜域，單分子成員相對較少，包括1個跨膜域和1個結(jié)合域。預(yù)測ABC轉(zhuǎn)運蛋白家族成員多定位于細(xì)胞質(zhì)膜，只有2個亞家族B成員定位于葉綠體，3個亞家族C成員定位于液泡。毛果楊中38個ABC轉(zhuǎn)運蛋白基因成員分別位于毛果楊14條染色體中的第1、2、3、

9、4、6、8、10、11、12、14、15、16、17、18號染色體上，其中第14號染色體分布較多含有7個家族成員。0596-join與篩選得到38個ABC轉(zhuǎn)運蛋白家族成員中Potri.015G059600蛋白氨基酸序列有相似度較高的比對結(jié)果，理化性質(zhì)相似、都不含信號肽、都具有親水性、都含有有5個跨膜區(qū)、預(yù)測蛋白都定位于細(xì)胞質(zhì)膜。0596-join和Potri.015G059600蛋白的二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)有差異。
　　論文首次對4-

10、BDE暴露條件下毛白楊組培苗生物響應(yīng)進行了系統(tǒng)研究。植物形態(tài)、細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)、生理生化應(yīng)答反應(yīng)顯示毛白楊組培苗可以吸收、轉(zhuǎn)移并修復(fù)4-BDE;一定劑量的4-BDE可以促進毛白楊組培苗不定根的分化;轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)4-BDE可以顯著影響植物修復(fù)外源有害化合物相關(guān)的ABC轉(zhuǎn)運蛋白基因、谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶基因、P450蛋白基因以及五大類內(nèi)源激素相關(guān)基因和其他防御基因的表達;0596基因克隆、瞬時表達發(fā)現(xiàn)該蛋白定位于葉綠體膜和細(xì)胞質(zhì)膜;有關(guān)研究成果是