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土壤重金属污染逐渐成为一个严峻的环境问题,特别是在农业生态系统中,会严重影响农作物的产量和品质。单一铜(Cu2+)和铬(Cr6+)对甘蓝型油菜生长的影响已在植物中有较多研究,但Cu和Cr的复合污染对油菜生长的胁迫作用尚不清楚。同时,油菜素内酯(BR)是一种甾醇类激素,最早即发现于芸薹属植物中,其广泛参与到植物生长发育和逆境响应的各个过程。本论文主要探讨Cu和Cr单一或复合胁迫下两个甘蓝型油菜品种(’Zheda622’和’ZS 758’)生理生态的变化以及BR处理对重金属胁迫的缓解作用,并利用RNA-Seq技术在转录水平上探究BR诱导的重金属逆境响应机制。取得的主要研究结果如下:1.研究明确了 Cu和Cr对子叶期油菜生理生化、超微结构和相关基因表达的影响。单一 Cr处理比单一 Cu处理对子叶期油菜毒害作用更大,二者的复合胁迫对植物生长的抑制作用更加明显。重金属处理均显著降低了油菜子叶和根部的生物量和光合色素含量。单一 Cu、Cr及其复合处理导致子叶期油菜幼苗体内活性氧(ROS)和脂质过氧化丙二醛(MDA)的积累。与各自品种的对照组相比,除了品种’Zheda 622’子叶和根系中的过氧化氢酶(CAT)的活性有所下降以外,两个品种其子叶和根系中的抗氧化酶活性以及与酶相关的基因mRNA转录水平均显著提高,包括过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD),尤其是在单一 Cr和复合处理时表现更为显著。此外,非酶抗氧化剂还原型谷胱甘肽(GSH)的含量在两个品种的根和叶中表现出不同的变化趋势。两个品种子叶中叶绿体超微结构均发生了显著的改变,尤其在Cu+Cr复合处理下更为明显,其次是Cr和Cu单一处理。结果显示,Cu和Cr处理表现出一种协同效应,复合处理提高了植株对重金属的吸收,这表明Cu和Cr的相互作用不是竞争性的,而是具有协同作用且在品种之间存在差异。2.探明了 Cu和Cr对油菜幼苗的光合抑制、重金属亚细胞分布及相关基因表达的协同作用。Cu和Cr处理显著抑制了油菜植株的生长,包括生物量和株高的下降,叶片光合色素含量和光合作用参数[光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(E)、光系统Ⅱ的最大量子产量(Fv/Fm)]在重金属处理下也显著降低。亚细胞分布结果表明,Cu和Cr主要分布在根和叶的细胞壁和可溶性组分中。同时,细胞组分中Cu和Cr在复合金属胁迫下表现出协同积累的规律。单一 Cu、Cr或复合处理下,两个品种植株中过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子(O2·-)的水平显著升高,抗氧化酶SOD、CAT、POD、APX的活性也均有显著变化。与对照组相比,编码抗氧化酶相关的基因如BnCat、BnApx、BnPrx、BnSod的表达水平在重金属处理下也普遍上调。叶肉细胞和根尖细胞的超微结构观察(TEM)显示叶片和根尖细胞和细胞器的超微结构也发生显著变化。此外,结果还表明,品种’ZS758’对Cu或Cr的抗性比’Zheda622’更强,这是由于’ZS758’在重金属胁迫下具有更强的适应性,并且细胞结构表现相对完整。3.明确了 BR对Cu和Cr胁迫下油菜幼苗生长及生理生化的影响。通过不同浓度的BR处理,发现外源BR可促进油菜植株的生长,生物量和净光合速率显著增加,并且以0.05 μM BR处理的促进效果最为明显。单一 Cu、Cr和Cu+Cr复合处理下,均显著抑制油菜植株的生长,表现出生物量下降、ROS(H2O2和O2·-)和MDA积累增加。而重金属胁迫下外源添加BR可有效缓解Cu和Cr对油菜植株造成的危害,与重金属处理组相比,植株鲜重和干重显著增加,ROS和MDA积累量明显降低,抗氧化酶(SOD、POD、CAT、APX)活性显著增加。可见,外源添加BR可有效增强植株对重金属的耐性,缓解重金属胁迫对油菜幼苗造成的伤害。4.研究了重金属单独处理以及BR处理后两个油菜品种幼苗叶片转录组分析。BR处理组与Cr、Cu、Cu+Cr处理组比较,’Zheda622’和’ZS758’叶片中分别有1175、799、2437和2481、1208、1793个基因表达上调,1040、2479、1961 和3596、1437、1246个基因表达下调,主要富集在植物MAPK信号通路、植物激素信号转导、苯丙烷生物合成、植物-病原互作、谷胱甘肽代谢、类黄酮生物合成、色氨酸代谢等通路上。对这些基因进行分析,发现在品种’Zheda622’中,三个比较组同时筛选出274个DEGs,在品种’ZS 758’中,三个比较组中同时筛选出250个DEGs,表明在BR处理下,这些基因在所有比较组中均有差异表达。分析这些基因功能发现,’Zheda622’和’ZS 758’分别有92和24个基因同时在三个比较组中表达上调,主要涉及氨基酸和脂类代谢、转录调控和胁迫相关蛋白等基因。特别是一些编码防御素蛋白、富含脯氨酸蛋白、谷氧还蛋白、脂氧合酶、渗调蛋白和转录因子的基因表达显著上调。