硫对野菊缓解镉毒害的影响

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镉(Cadmium,Cd)是一种对人类及其他生物有剧毒的重金属,其造成的土壤质量恶化、作物产量降低、生物健康水平下降等不利影响,严重破坏生态安全。硫(Sulfur,S)作为植物生长的必需营养元素,在许多研究中被发现与植物响应重金属胁迫的过程具有一定关联性。野菊(Chrysanthemum indicum)为多年生草本植物,有分布广、适应性强、生物量较大等特点,目前多用于制作药材、提取精油和装饰。已有研究表明,野菊对镉具有富集优势,但其响应镉胁迫的具体生理和分子机制方面研究较少,且硫对野菊重金属耐受性的影响未见报道。因此,本研究通过对不同耐镉性野菊株系进行不同浓度的镉、硫水培处理,分析硫对镉胁迫下野菊生长、光合、各部位对镉的吸收转运、抗氧化酶活性和抗氧化物质含量及硫代谢相关基因表达的影响,探究硫在不同耐镉性野菊株系镉解毒的生理和分子响应机理中的调控作用。本文主要研究结果如下:1.对无镉和有镉(0,100μM)处理下的6个不同耐镉性野菊株系进行缺硫、足量硫和过量硫水平(2.70,1502.70和6502.70μM)处理,研究表明:有镉时,缺硫和足量硫处理下植株损伤状态明显,高耐镉性株系的损伤程度弱于中、低耐镉性株系,过量硫处理时植株受害程度明显减轻。而且有镉时,过量硫处理与足量硫处理相比6个株系的株高、根长、地上干重和根干重均增加,但增加量不显著;6个株系中Pn、Gs、Tr值均有一定程度的升高,同时Ci值下降,各株系中叶绿素a、b及a+b含量均极显著增加,同时高耐镉性株系的Pn、Gs、Tr值和叶绿素含量均高于中、低耐镉性株系。且与足量硫处理相比,过量硫处理显著降低了各株系地上部和根部的镉含量及BCF,同时提升了各株系的TF。以上说明硫的加入可以引起镉胁迫下各株系光合指标、叶绿素含量以及对镉吸收转运的变化,从而缓解镉毒性对野菊光合作用和生长状态的不良影响。2.镉胁迫下过量硫处理时各株系中SOD、CAT、APX和GR的活性较足量硫处理时极显著增加,MDA含量较足量硫处理时极显著降低;GSH和As A含量较足量硫处理极显著增加,另外GSH/GSSG和As A/DHA比值同样较足量硫处理时极显著增加;各株系中NPT和PCs含量均较足量硫处理时极显著增加,且高耐镉性株系中各酶活性及抗氧化剂和螯合物的含量在有镉处理时均高于中、低耐镉性株系。这些结果表明,过量硫处理使野菊维持较强的抗氧化酶活性,增加了抗氧化剂以及金属螯合剂的合成量,从而减轻镉胁迫诱导的氧化损伤。3.为进一步探究硫影响野菊响应镉胁迫的分子机制,对生长在镉胁迫(100μM)下的高、低耐镉性野菊株系进行足量硫和过量硫水平(1502.70和6502.70μM)处理,研究发现:镉胁迫下过量硫处理时,高、低2个耐镉性株系硫吸收同化相关基因(ATPS、Si R、SAT和OASTL)在根和叶中均上调表达;螯合剂形成相关基因(GSH1和PCS1)在根和叶中也上调表达。此外,镉胁迫下过量硫处理时ATPS、SAT、OASTL、GSH1、PCS1基因在2个株系根中的上调幅度更大,且高耐镉性株系H1在过量硫处理下根中ATPS、SAT、OASTL、GSH1和PCS1基因的上调幅度较低耐镉性株系L1根中更大。综上表明,过量硫的施用主要在根中正向调控了野菊体内的硫同化途径,并促进螯合剂的合成以应对镉胁迫。
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