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龙葵(Solanum nigrm L.)是一种Cd超富集植物,为茄科茄属一年生或多年生草本植物。由于其生长周期短、对Cd富集能力强,生物量较大,因此成为植物修复机理研究和应用的良好材料。本论文以龙葵为材料,(ⅰ)建立了高效的组培快繁体系;(ⅱ)研究了Cd诱导的脯氨酸累积在龙葵响应Cd胁迫中的作用;(ⅲ)研究了NO在参与调节Cd诱导的龙葵根系构型变化中的生理机制;(ⅳ)采用DDRT技术,对龙葵Cd响应的基因进行分离和鉴定,并对这些基因进行了初步研究。主要研究结果如下:一、龙葵组培再生体系的建立取龙葵下胚轴和成熟叶片做外植体,研究了愈伤诱导、从生芽分化和生根诱导3个阶段的最佳培养条件。结果表明,以MS为基本培养基,下胚轴外植体以6-BA 5mg/L+NAA 0.5 mg/L为宜,3周后愈伤诱导率达100%,增值系数为42;叶片外植体以6-BA 3mg/L+NAA 0.5 mg/L为宜,3周后愈伤诱导率达100%,增值系数为28。将再生芽切下,转移至1/2Hoagland营养液中培养7d后,生根率达100%。将生根苗移栽至蛭石:营养土1:1的基质中,4周后开花,约6周后收获种子。二、脯氨酸(Pro)在龙葵幼苗响应Cd胁迫中的作用机制Cd胁迫诱导了龙葵幼苗中Pro的累积。然而目前,我们对Pro在植物抗Cd胁迫中的作用尚不完全清楚。我们以龙葵再生苗和下胚轴愈伤组织为材料,研究了Pro对龙葵Cd胁迫下幼苗和愈伤生长的影响。结果表明:Pro通过提高超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,以及细胞内总谷胱甘肽(total glutathione)的含量,降低了Cd胁迫下活性氧(ROS)的水平,保护了细胞膜的完整性,从而提高了龙葵幼苗和愈伤组织对Cd胁迫的耐受性,并促进了Cd累积。三、NO参与调节了Cd诱导的龙葵根系构型变化和Cd累积Cd处理促进了龙葵侧根形成和不定根的发生。我们发现Cd毒害诱导了龙葵根尖NO的累积,采用NO清除剂cPTIO处理后,Cd诱导的侧根和不定根的发生明显受到抑制,并降低了Cd的累积,表明NO参与调节了Cd处理条件下侧根和不定根的发生,改变了根系的结构,从而扩大了根系吸收面积,改善了植株对矿质营养和水分的吸收。同时NO还参与调节了龙葵对Cd的吸收和累积。本研究为植物修复技术的应用提供了理论基础。四、龙葵Cd响应基因的鉴定、分离和初步分析采用DDRT技术,获得了7个Cd胁迫响应的差异表达片段。利用反northern印迹和半定量RT-PCR技术确认了这些基因在Cd胁迫下的差异表达模式。同源性分析揭示出其中5个差异表达的片段与茄科植物的钙调节蛋白CAM、抗坏血酸过氧化物酶APX、Glutamine合成酶、过氧化氢酶CAT和铁转运蛋白IRT有很高的同源性。对这些基因在植物响应Cd胁迫中的作用进行了讨论。