论文部分内容阅读
植物对重金属的富集能力与植物对重金属的吸收及转运过程有关,在这个过程中,金属离子转运蛋白扮演着重要的角色。镉是环境中毒性最强的重金属元素之一,在植物细胞中至今未发现镉吸收与转运的特定蛋白,但大量的研究表明,镉可以通过其它二价阳离子如Ca2+、Fe2+和Zn2+的载体或通道跨膜进入植物细胞。AtMGT1基因是一种对镁离子具有高亲和性的转运蛋白,它不仅可以跨膜转运Mg2+,还具有转运其它阳离子如Ni2+, Co2+和Fe2+的功能,并能提高植物对铝胁迫的耐受性。本研究通过转基因技术,将AtMGT1基因导入普通烟草中,通过水培试验和土培试验研究了不同镉镁水平下AtMGT1基因烟草生长、镁镉及微量金属元素的吸收和转运、氧化-抗氧化系统特性和光合作用特性的变化,探讨AtMGT1在植物镉吸收与忍耐中的作用及生理机制。主要结果如下：(1)水培试验下,Cd胁迫显著降低两种烟草生物量,缺镁进一步抑制其生长,过量镁抑制AtMGT1烟草生长但促进WT烟草的生长；缺镁和正常镁水平AtMGT1烟草生物量高于WT烟草,过量镁低于WT烟草。Cd胁迫提高了烟草的Mg含量；加Mg处理抑制烟草对Cd的吸收和积累,且对WT烟草的抑制更明显。不同镉镁处理对烟草微量金属元素的影响因元素种类,植株部位及Mg离子浓度的不同而异；各镉镁处理下,AtMGT1基因烟草对Cd2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+和Zn2+的吸收和转运能力均高于WT烟草。(2)水培试验下,Cd胁迫降低了烟草光合色素含量和荧光参数值,抑制了烟草光合速率,对WT烟草的抑制更明显。镉胁迫下,缺镁进一步降低了叶绿素含量和荧光参数值,从而显著降低了净光合速率；过量镁增加了WT烟草光合色素含量和荧光参数值,促进净光合速率,而AtMGT1烟草叶绿素a、类胡萝卜素以及Fv/Fm影响变化不明显,叶绿素b含量和其他荧光参数值显著降低,净光合速率略有下降,光合作用受到抑制。除过量镁处理,AtMGT1烟草光合色素含量、荧光参数值以及净光合速率在各处理下均高于WT烟草,有更强的光合作用。(3)水培试验下,Cd胁迫使两种烟草丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸(AsA)和脯氨酸含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性增加,烟草遭受氧化胁迫并启动抗氧化系统。缺镁进一步增强氧化胁迫,两种烟草MDA、GSH、AsA和脯氨酸含量增加,SOD活性均无明显变化,AtMGT1烟草POD活性显著增加而WT烟草无明显变化。过量镁水平下AtMGT1烟草MDA、POD、GSH略有增加,脯氨酸含量显著增加,SOD、AsA明显降低；WT烟草MDA含量、SOD活性降低,GSH、AsA和脯氨酸含量、POD活性均无明显变化。Cd胁迫后,不同镁水平下,AtMGT1基因烟草的MDA含量显著低于WT烟草,遭受的膜脂过氧化程度较低,SOD和POD活性含量高于WT烟草,抗氧化能力更强,GSH含量低于WT烟草,可能与细胞质Cd浓度有关。(4)土培试验下,Cd胁迫使烟草生物量降低,Cd含量显著提高,影响烟草对元素的吸收。Cd胁迫下,AtMGT1烟草Cd含量高于WT烟草,AtMGT1基因烟草的富集系数大于WT烟草,且在高浓度Cd条件下更明显,表现出较强的富集效果。(5)水培和土培试验对烟草Mg2+、Fe2+、Mn2+、Cu2+和Zn2+等营养元素吸收和运输的影响存在差异,但两种培养条件下各处理AtMGT1烟草对Mg2+、Fe2+、 Mn2+、Zn2+的吸收和运转均比WT烟草更强,Cd胁迫处理下AtMGT1烟草对Cd2+的吸收和运转也比WT烟草更强,进一步说明AtMGT1基因具有转运Cd2+、Mg2+、 Fe2+、Mn2+、Zn2+的能力。