水稻耐鎘脅迫的生理響應(yīng).pdf

1、水稻是全球最重要的糧食作物之一,其重金屬污染問題已經(jīng)引起各國政府部門的高度重視。鎘(Cadmium,Cd)是毒性最強的重金屬之一,在土壤中具有較強的化學(xué)活性,易被植物所吸收。通過食物鏈在人體內(nèi)富集,對人體健康造成嚴(yán)重影響。闡明水稻鎘吸收、積累機理,對選育抗鎘水稻品種、降低鎘污染,保障糧食安全具有重要意義。本研究以耐鎘水稻P1312777、Lemont和Dular為材料,以鎘離子濃度為0、50和100μmol·L-1的水培液處理7天后,運

2、用蛋白質(zhì)組學(xué)及生化技術(shù)分析了水稻對鎘脅迫的生理響應(yīng),以期為揭示水稻耐鎘機理提供新的觀點。主要結(jié)果如下:
　　 (1)在50μmol·L-1濃度下,鎘處理對水稻的生長無顯著影響；100μmol·L-1鎘處理顯著抑制了3種水稻的生長,P1312777、Lemont和Dular的株高抑制率分別為11.3％、10％和19％。水稻植株鎘含量隨處理濃度增大顯著升高。
　　 (2)鎘脅迫下,水稻P1312777和Lemont葉片的激素

3、GA、IAA和ZR的含量在50μmol·L-1鎘處理下明顯提高,100μmol·L-1鎘脅迫下則降低；葉片的激素ABA含量則隨鎘處理濃度的升高而增大。
　　 (3)在經(jīng)過不同鎘處理的水稻中共發(fā)現(xiàn)并鑒定了174個差異蛋白點。其中79個為葉片差異蛋白點,95個為根差異蛋白點。對所鑒定的蛋白質(zhì)的功能進行分類,得到與光合作用和碳代謝相關(guān)的蛋白質(zhì)37個,脅迫反應(yīng)蛋白41個,與蛋白質(zhì)代謝相關(guān)的蛋白質(zhì)20個,與基因表達或其它代謝相關(guān)的蛋白質(zhì)1

4、9個。
　　 (4)鎘脅迫下在3種水稻葉片中共發(fā)現(xiàn)15個Rubisco亞基上調(diào)表達,3個細胞色素b6／f復(fù)合體鐵.硫蛋白下調(diào)表達。水稻P1312777的光合作用PSⅠ反應(yīng)中心亞單位Ⅱ在鎘脅迫下也下調(diào)表達。研究結(jié)果說明,鎘是通過損害光合途徑的組成成分和酶,來抑制水稻的光合作用。鎘脅迫下,水稻葉片中核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶／加氧酶激酶、NADP-蘋果酸酶、放氧復(fù)合物蛋白1和FtsH2均上調(diào)表達,這些蛋白質(zhì)的增強表達有利于水稻的光

5、合作用。
　　 (5)鎘脅迫下,水稻體內(nèi)與鎘解毒相關(guān)的乙二醛酶Ⅰ、蛋白質(zhì)二硫化異構(gòu)酶、胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶、谷氨酰胺合成酶、谷胱甘肽還原酶和S-腺苷甲硫氨酸合成酶在增強表達,與活性氧清除相關(guān)的醛酮還原酶、L-抗壞血酸過氧化酶和過氧化物酶也增強表達；在水稻P131277和Lemont中分別發(fā)現(xiàn)與細胞生長相關(guān)的ABA-脅迫-成熟誘導(dǎo)蛋白5和翻譯控制腫瘤蛋白在鎘脅迫下上調(diào)表達；水稻中多個抗逆境的脅迫蛋白(r40c1 protein、Sa

6、lt stressroot protein1、硫氧還蛋白和14-3-3蛋白)的表達變化有利于提高水稻抗逆境能力；研究發(fā)現(xiàn)水稻中參與逆境脅迫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的鈣調(diào)蛋白、鈣網(wǎng)蛋白和G蛋白,在鎘脅迫上調(diào)表達；另外,還發(fā)現(xiàn)水稻中與抗病相關(guān)的蛋白異黃酮還原酶、殼多糖酶和其它病原相關(guān)蛋白在鎘脅迫下增強表達。
　　 (6)本研究發(fā)現(xiàn)了2個DNA修復(fù)蛋白質(zhì),包括參與轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控的RNA結(jié)合蛋白和誘導(dǎo)核酸修復(fù)途徑進行的泛素結(jié)合酶E2。它們的增強表達