【摘 要】
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随着工业的发展,镉(cadmium,Cd)污染日益严重,这些Cd不仅会影响植物生长,更严重的是会通过食物链进入人体危害人体健康。氯化血红素(hemin)是血红素的一种化合衍生物,在植物应对多种非生物胁迫中发挥着重要的作用。本实验以小白菜(Brassica chinensis L.)为研究对象,使用外源hemin缓解小白菜Cd胁迫,探究hemin在缓解小白菜Cd胁迫中的作用及相关机制。主要试验结果如
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随着工业的发展,镉(cadmium,Cd)污染日益严重,这些Cd不仅会影响植物生长,更严重的是会通过食物链进入人体危害人体健康。氯化血红素(hemin)是血红素的一种化合衍生物,在植物应对多种非生物胁迫中发挥着重要的作用。本实验以小白菜(Brassica chinensis L.)为研究对象,使用外源hemin缓解小白菜Cd胁迫,探究hemin在缓解小白菜Cd胁迫中的作用及相关机制。主要试验结果如下:1.10 μM hemin处理可显著缓解Cd对小白菜的毒害现象,包括生物量、根形态和光合的抑制。对地上部和根部Cd含量测定和根部荧光染色显示,hemin处理显著减少了地上部和根部Cd的积累。与单独Cd处理相比,hemin和Cd共处理处理显著性提高抗氧化酶(SOD、POD和CAT)酶活和非酶类抗氧化物质(AsA和GSH)含量,显著性降低ROS(H2O2和O2·-)和MDA含量。对Cd在亚细胞分布进行分析,hemin处理显著性提高Cd在地上部和根部细胞壁中Cd占比,将更多比例的Cd固定在细胞壁中减轻对细胞的毒害。测定了其它微量元素(Fe、Cu、Mn和Zn)的含量,发现hemin处理缓解了 Cd胁迫造成的缺铁现象,减轻铁离子紊乱。总体而言,hemin一方面减少地上部和根部Cd的积累,另一方面通过提高抗氧化能力、细胞壁固定更多Cd、缓解铁离子紊乱来提高小白菜的耐Cd性。2.进一步研究发现,hemin处理不影响小白菜体内Cd的转运。采用非损伤微测技术(NMT),发现hemin处理后根系对Cd2+吸收降低,并且吸收相关基因表达量显著降低,尤其是BcIRT1,说明hemin是通过抑制吸收相关基因表达来减少Cd2+吸收从而降低Cd的积累。Cd胁迫下小白菜根中HO-1基因表达量显著提高,hemin前处理后进一步提高Cd胁迫下HO-1表达量。外源添加HO-1专一性抑制剂后,hemin对生长的缓解和Cd吸收积累降低作用都被逆转,说明hemin是通过HO-1发挥抑制Cd2+吸收的作用,最终缓解小白菜幼苗的Cd胁迫。随后外源添加hemin在植物体内的分解产物CO、Fe2+和胆红素(BR)预处理小白菜后加Cd处理,以探明hemin具体是通过哪种分解产物来真正发挥Cd胁迫缓解作用,结果显示:BR→Cd组与单独Cd处理组相比,缓解了生长抑制,但对Cd吸收积累没有影响。而CO→Cd和Fe2+→Cd处理组不仅缓解了 Cd对生长的抑制,而且降低了小白菜对Cd的吸收和积累。说明hemin可能主要通过CO和Fe2+来发挥降低Cd吸收和积累的作用,通过BR发挥抗氧化的作用。此外CO和Fe2+也显著性降低BcIR T1的表达量。综上所述,hemin可能是经HO-1分解产生CO和Fe2+抑制BcIRT1的表达从而降低根部Cd2+的吸收。
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