【摘 要】
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土壤中镉（Cd）、锌（Zn）污染往往复合发生,对植物及生态安全产生严重不良影响。波斯菊（Cosmos bipinnatus）是一种高观赏价值、抗逆性强的Cd积累性植物。本研究以波斯菊为试验材料,通过测定Cd/Zn的吸收和转运、Cd/Zn的亚细胞分布和化学形态、抗氧化酶活性以及分析根系转录组数据,探究了波斯菊对Cd、Zn及Cd+Zn胁迫的生理及分子响应机制。主要研究结果如下:1)植物表型及Cd、Zn
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土壤中镉（Cd）、锌（Zn）污染往往复合发生,对植物及生态安全产生严重不良影响。波斯菊（Cosmos bipinnatus）是一种高观赏价值、抗逆性强的Cd积累性植物。本研究以波斯菊为试验材料,通过测定Cd/Zn的吸收和转运、Cd/Zn的亚细胞分布和化学形态、抗氧化酶活性以及分析根系转录组数据,探究了波斯菊对Cd、Zn及Cd+Zn胁迫的生理及分子响应机制。主要研究结果如下:1)植物表型及Cd、Zn的积累特征表明:Cd、Zn及Cd+Zn处理均显著影响了波斯菊的生长;与Cd处理相比,Cd+Zn处理下植株地上部鲜重和干重显著增加;Cd处理下,波斯菊根系和地上部分别积累了472.15±23.63 mg kg-1和796.12±6.52 mg kg-1 Cd;Zn处理下,波斯菊根系和地上部分别积累了2994±218.36 mg kg-1和4221.13±87.99 mg kg-1 Zn。结果表明,波斯菊能积累大量的Cd、Zn,且地上部是主要的积累部位。2)通过分析Cd、Zn的吸收与转运特征发现,Zn显著抑制了Cd的吸收及转运,Cd仅抑制了Zn的吸收。3)通过对Cd、Zn亚细胞分布和化学形态分布特征进行分析发现,Zn显著增加了根系细胞壁中的Cd浓度及百分比,降低了根系可溶态的Cd浓度及百分比;Cd降低了根系和地上部各亚细胞组分中Zn的浓度。在Cd+Zn处理下,根系水溶态、乙醇提取态中Cd/Zn浓度及百分比显著减少,氯化钠提取态Cd百分比显著增加。这些结果说明,Zn通过增加根系细胞壁对Cd的容纳量,减少根系毒性较高的可溶性Cd含量,阻碍了Cd向地上部转运。4)抗氧化酶活性结果表明,Cd、Zn和Cd+Zn处理显著增加了植物根系和叶片中SOD、POD和CAT的活性;与Cd或Zn处理相比,Cd+Zn处理显著提高了根系的SOD、POD和CAT活性。这些结果表明波斯菊根系抗氧化酶系统对Cd、Zn解毒具有积极的协同作用。5)通过分析波斯菊根系转录组数据发现,与CK相比,Cd、Zn、Cd+Zn处理分别引起了996、2765、3023条unigenes差异性变化;与Cd和Zn处理相比,Cd+Zn分别引起了1465和952条unigenes差异性变化。对这些差异性变化基因进行分析发现,Cd、Zn相关转运蛋白在Cd、Zn、Cd+Zn处理之间表现出不同的表达模式,这可能是Cd、Zn吸收、转运及亚细胞分布特征不同的重要原因。此外,糖代谢、苯丙氨酸代谢、激素的生物合成及信号转导途径中一些基因也被Cd、Zn和Cd+Zn处理显著诱导,暗示这些生物过程在波斯菊对Cd、Zn的吸收、转运、解毒方面具有重要作用。
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