外源脯氨酸和半胱氨酸对芥菜镉胁迫的缓解效应研究

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土壤镉(cadmium,Cd)污染是广受关注的环境问题。镉在土壤中迁移性较强,容易被动物、植物和微生物吸收和积累。脯氨酸(proline,Pro)是一种重要的渗透调节物质,对提高植物的胁迫抗性具有重要作用。半胱氨酸(cysteine,Cys)是植物无机硫酸盐同化为有机硫化物途径中的终产物及参与硫素代谢的中间载体。芥菜(Brassica juncea)隶属于十字花科,能够富集多种重金属,在土壤镉污染的植物修复中具有良好的应用前景。本文研究了外源脯氨酸和半胱氨酸处理对芥菜镉胁迫的缓解效应,结果如下:(1)外源脯氨酸处理对芥菜镉胁迫的缓解效应。研究了不同浓度的外源脯氨酸(20、40、60、80和100 mg/L)对镉胁迫下芥菜的生长和生理的影响。结果表明,外源脯氨酸处理增加了芥菜的脯氨酸含量,降低了根系和叶片中Cd含量,降低了芥菜对Cd的转运系数,增强Cd在液泡中的滞留,增加了抗氧化酶(过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶)的活性,提升了还原型谷胱甘肽(GSH)与氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量和GSH/GSSG比率、谷胱甘肽还原酶(GR)活性和植物螯合肽(phytochelatins,PCs)含量,进而减少了活性氧(reactiveoxygen species,ROS)的积累,从而维持根系与叶片细胞活力,保持了较高的光合色素含量和光合效率,缓解了 Cd胁迫对的芥菜幼苗生长的抑制。与其它浓度相比,60mg/L的外源脯氨酸缓解Cd对芥菜的毒性最有效。上述结果说明,外源脯氨酸通过减少镉的积累和重建芥菜的氧化还原平衡增强芥菜对镉的耐受性。(2)外源半胱氨酸处理对芥菜镉胁迫的缓解效应。研究了不同浓度的外源半胱氨酸(0、0.1、0.5、1、5和10 mM)处理对镉胁迫条件下芥菜的生长和生理的影响。结果表明,镉胁迫导致芥菜幼苗生长、叶绿素含量、细胞活性和抗氧化酶活性(超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶)降低,丙二醛(MDA)过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子(O2-)含量增加;而外源施用半胱氨酸可以促进幼苗生长、增强抗氧化酶活性、降低MDA和ROS水平、提高GSH、GSSG、AsA(还原型抗坏血酸)、DHA(氧化型抗坏血酸)含量、GSH/GSSG、AsA/DHA比率、PCs含量、Cys含量、GR活性,增加了对重金属的螯合作用,提高了抗氧化能力,从而缓解了镉对芥菜的胁迫。外源半胱氨酸增强芥菜对镉的耐受性的最佳浓度为1 mM。外源施加等摩尔浓度的半胱氨酸和硫酸铵都显著增强了芥菜对镉胁迫的耐受性,但半胱氨酸的效果优于硫酸铵。
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