擬南芥、水稻突變體與野生型砷吸收和轉(zhuǎn)運的差異.pdf

1、隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和含砷化學(xué)物質(zhì)的不斷應(yīng)用,砷污染已成為一個世界性的嚴重問題,土壤、大氣和水體中的砷污染也正危脅著作物生產(chǎn)和人類的健康。因此,研究植物砷的吸收和轉(zhuǎn)運機制,減少或者消除砷的污染和毒害成為一個亟待解決的重要課題。 水稻是人類主要的糧食作物之一,然而,目前稻米主要生產(chǎn)區(qū)(東南亞地區(qū))的土壤和灌溉水砷污染嚴重,導(dǎo)致稻米中砷的積累。砷在稻米中的積累通過食物鏈傳遞,對人體健康構(gòu)成嚴重威脅。所以,稻米砷污染問題已成為東南亞地區(qū)比

2、較突出且急需解決的環(huán)境問題之一。而減少水稻對砷的吸收、控制水稻體內(nèi)砷向籽粒轉(zhuǎn)移、降低籽粒中砷的生物有效性是解決這一問題的關(guān)鍵途徑。 作為植物分子生物學(xué)研究模式植物的擬南芥,在植物砷的吸收、轉(zhuǎn)運機制研究方面非常重要,而植物砷解毒關(guān)鍵基因和酶突變后的擬南芥突變體在植物砷解毒機制和應(yīng)用方面的作用更是顯而易見。但要成功將擬南芥突變的植株用于植物修復(fù)或者用于植物砷的有效排出,必須先對突變植株和野生植株體內(nèi)砷的吸收、轉(zhuǎn)化等代謝過程有全面而透

3、徹的理解。 本論文深入研究了水稻和擬南芥這兩種典型植物體內(nèi)砷吸收和轉(zhuǎn)運的生物化學(xué)過程及機制。 一、不同磷濃度下水稻短根突變體與野生型砷吸收和轉(zhuǎn)運的差異 為探討水稻根形態(tài)及磷營養(yǎng)狀況這兩個調(diào)控因子對水稻吸收和轉(zhuǎn)運五價砷的影響,實驗采用水培的方法,研究了在不同外部磷濃度下(0、10、50、150、300μM KH2PO4)水稻短根突變體與野生型短期內(nèi)對五價砷(10μM Na3AsO4)吸收和轉(zhuǎn)運的差異。實驗結(jié)果表明,

4、水稻根形態(tài)(短根突變體與野生型)和磷營養(yǎng)狀況均能對水稻吸收和轉(zhuǎn)運五價砷產(chǎn)生顯著影響：1) 磷能競爭性抑制水稻對五價砷的吸收,隨營養(yǎng)液中磷濃度的增加,水稻地上部和地下部五價砷含量、單位根干重砷吸收量(根系砷吸收能力)均顯著降低；2) 水稻短根突變體對五價砷的吸收能力低于野生型,但轉(zhuǎn)運能力高于野生型。 二、不同砷濃度下擬南芥ACR2突變體與野生型砷吸收和轉(zhuǎn)運的差異 隨著環(huán)境中砷濃度的增加,植物吸收砷然后通過食物鏈進入動物,最

5、后威脅人類,引起了人們的廣泛關(guān)注。為了有效的了解如何更廣泛的將砷的植物修復(fù)技術(shù)和植物體內(nèi)的砷有效排出應(yīng)用于其他物種,因此實驗研究了擬南芥突變體和野生型砷吸收和轉(zhuǎn)運的差異。實驗采用了三種擬南芥植物樣品--野生型(WT),ACR2基因沉默突變體(ST),CDC25基因超量表達突變體(OE)。我們發(fā)現(xiàn),1) WT,ST和OE的生物量沒有明顯差異。2) 擬南芥體內(nèi)的砷酸鹽還原酶活性能被環(huán)境中的As(V)脅迫誘導(dǎo),且OE的砷酸鹽還原酶活性很高,S

6、T的則很低。3) 加入75,150和300μMAs(V)處理后,ST砷轉(zhuǎn)運系數(shù)很高,地上部砷濃度明顯高于WT和OE,地上部磷含量很低。4) OE砷轉(zhuǎn)運系數(shù)較低,地上部砷含量較低,地上部磷含量較高。5) ST地下部砷含量最小,OE地下部砷含量與WT無明顯差異,三種植物樣品地下部磷含量無明顯差異。6) 不同砷濃度下,ST地上部三價砷非常少,OE地上部五價砷非常少。 總之,本論文研究了水稻和擬南芥突變體與野生型砷吸收和轉(zhuǎn)運的差異。研究