741杨组培苗对多溴联苯醚耐受性及PtABCB27基因功能研究

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多溴联苯醚是溴代阻燃剂的一种,被广泛应用于电子、家具、建材和纺织等领域,其环境行为、毒理学以及生物修复方面研究一直是相关领域研究热点。随着多溴联苯醚的大量使用,在许多环境介质和生物体内均检测到多溴联苯醚的存在,其对环境带来的威胁也引起广泛的关注。ABC转运蛋白家族是一大类跨膜蛋白,参与多种有毒物质的吸收、积累和排泄,在机体组织防御过程中起重要作用。目前对于植物ABC转运蛋白在重金属和农药等方面研究较多,但是在持久性有机物污染物方面研究尚少。
  利用刺槐(Robinia pseudoacacia Linn.)、枸杞(Lycium chinense Mill.)、臭椿(Ailanthus altissima)、毛白杨雄株(Populus tomentosa Carr.)、741杨[Populus alba L.×(P.davidiana Dode+P.simonii Carr.)×P.tomentosa Carr.]以及烟草(Nicotiana tabacum L.)组培苗为试验材料,研究不同植物组培苗对多溴联苯醚中溴代最低的一溴代联苯醚(BDE-3)的耐受性、741杨对BDE-3和溴代最高的十溴代联苯醚(BDE-209)胁迫响应以及针对性的对741杨的ABC转运蛋白基因(PtABCB27)进行功能分析,为进一步揭示多溴联苯醚及其它环境持久性有机物污染物植物修复机制提供线索。主要研究结果如下:
  (1)不同植物组培苗叶片对BDE-3的耐受性不同,结果表明6种植物组培苗叶片对50mg·mL-1的BDE-3的耐受性依次为刺槐=烟草<枸杞<毛白杨雄株=臭椿<741杨。
  (2)BDE-3和BDE-209处理显著影响741杨组培苗的不定根分化,表现出低浓度促进、高浓度抑制,具有明显的剂量效应。低浓度(0.3mg·L-1和3mg·L-1)BDE-3处理741杨组培苗的初根形成时间分别比阴性对照提前1d和2d,不定根分化率达100%时间分别比阴性对照提前1d和4d,均与阴性对照差异显著。高浓度(30mg·L-1)BDE-3处理初根时间比阴性对照晚2d,比阳性对照晚4d,不定根分化率达100%时间分别比阴性对照晚1d,比阳性对照晚5d,均与阴性和阳性对照差异显著。低浓度(0.3和3mg·L-1)BDE-209处理初根时间均比阴性对照提前1d,不定根分化率达100%时间分别比阴性对照提前1d和2d;高浓度(30mg·L-1)BDE-209处理初根时间比阴性对照晚2d,比阳性对照晚4d,不定根分化率达100%时间分别比阴性对照晚1d,比阳性对照晚5d,均与阴性和阳性对照差异显著(P<0.05)。
  (3)BDE-3和BDE-209处理对741杨组培苗侧根分化的影响不同。低浓度(0.3mg·L-1)BDE-3处理对741杨组培苗的侧根分化与阴性对照差异不显著,与阳性对照差异显著;高浓度(30mg·L-1)BDE-3处理对741杨组培苗侧根分化表现出促进作用,其侧根形成时间比阴性对照提前9d,侧根数量是阴性对照的6.7倍,均与阴性对照差异显著,与阳性对照差异不显著。BDE-209处理与BDE-3不同,BDE-209处理对741杨组培苗侧根分化仍表现出低浓度促进,高浓度抑制的现象。阳性对照对741杨组培苗侧根分化的促进作用显著优于阴性对照。
  (4)BDE-3和BDE-209处理对741杨组培苗不定根和茎叶生物量的影响不同。低浓度(0.3mg·L-1和3mg·L-1)BDE-3处理对741杨组培苗根和茎叶生物量与阴性对照差异不显著,与阳性对照差异显著;高浓度(30mg·L-1)BDE-3处理对741杨组培苗根和茎叶生物量表现出促进作用,根和茎叶生物量分别是阴性对照的6.5倍和1.6倍,均与阴性对照差异显著,与阳性对照差异不显著。BDE-209处理与BDE-3不同,BDE-209处理对741杨组培苗根和茎叶的生物量仍表现出低浓度促进,高浓度抑制的现象。
  (5)741杨组培苗对BDE-3和BDE-209的耐受性分析,发现741杨组培苗对高浓度30mg·L-1的BDE-3有一定的耐受性。BDE-3处理第7d,741杨组培苗出现白化现象,白化现象先由嫩叶开始,之后老叶开始白化,随着培养时间的增加,在第12d741杨组培苗开始复绿,复绿过程先从叶柄开始再到叶片;先是嫩叶复绿,最后是老叶复绿。高浓度30mg·L-1的BDE-209早期处理对741杨组培苗没有产生黄化现象,但在第21d,叶片开始出现失绿黄化,随着处理时间延长组培苗失绿黄化程度加深。
  (6)PtABCB27转运蛋白基因的功能分析,通过叶盘转化法,获得转PtABCB27-m GFP、PtABCB27和1302基因的烟草,荧光显微镜进行观察推测PtABCB27转运蛋白定位于细胞质膜上。烟草斑点处理试验说明PtABCB27转运蛋白可以显著提高烟草叶片对BDE-3胁迫的耐受。
  综上,BDE-3和BDE-209处理对741杨组培苗不定根分化表现出明显的低剂量促进、高剂量抑制的剂量效应响应,具有显著的毒物兴奋效应。741杨对BDE-3有较强的耐受性,其中PtABCB27转运蛋白可能介导741杨对BDE-3修复过程,提高741杨对BDE-3的耐受水平。
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WRKY转录因子,能特异结合植物体内的顺式作用元件而调控下游基因的表达。它是植物中的重要转录因子,不仅参与植物生长发育和代谢调节等过程,还能调控植物对生物和非生物胁迫的响应。当下对于WRKY的深入研究主要在拟南芥和水稻中,而其他植物的相关研究较为有限。本研究以杨柳科杨属优良品种欧美杨(Populus×euramericana)为材料,从中克隆出新的WRKY转录因子,即PeWRKY31基因。对Pe
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