镉诱导植物氧化代谢和钙信使变化及分子机理

《镉诱导植物氧化代谢和钙信使变化及分子机理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要植物镛毒害作用的机理研究方兴未艾。研究镉诱导的植物氧化代谢与钙信使的变化及分子机理，是提商植物对镉耐性的基础；鉴于镉对植物极其毒性，对生物大分予N一或S，键具有强攻击力，对氧化代谢与钙信使的影响具有生物学上的普遍意义，该研究也有助于推动_jc尊动物和入镉毒理研究的深入和认识的深化。本文以普通玉米为试材，采用溶液培养，设置不周供镉浓度(O，5，20和100ttmol／LCd)和不屈供镉时间(12、24、48、96和168h)，研究(I)植物的氧化代谢，包括氧自由基含量、活性氧清除系统超氧亿物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CA=r)、抗坏盘酸过氧化物酶(雕’X)、脱氮抗坏血酸还

2、原酶(DHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性，以及抗氧化荆抗坏血酸和谷胱甘肽含蹩的变化，以及SOD、CAT、APX、DHAR秘GR的基因表达；(2)细胞钙信使变化，包括CaM含麓和细胞膜系统CaS+。ATPase活性的变化及相关基冈表达；(3)镉的亚细胞分布特征。采用生物化学方法测定氧化代谢和钙信使的关键纺羼含量和棚关酶活性的变化，采用eDNA末端快速扩增方法分离相关基因，采用Northern杂交方法研究相关基因表达特征；采用透射电镜一能谱技术研究镉的亚纲胞分布特薤。论文取得的主要结果与进艘如下：1．孤米叶片和根系生物邋随供镉浓度的增加而降低，叶片和根系生长的抑制程度随供镉时润

3、鲶增加露增加，100转mol／LCd处理168h后时片秘缀系生物繁比对照分别降低52。8％纛33。3％；随镉处理浓度和处理时间的增加，玉米叶片和根系镉积累量增加；玉米根系细胞镉主要分布于细胞壁，瑟时片细胞镉表现兔液海>缨脆壁>缨胞质，玉米主要通过锈分隧在液泡帮凄薨僖缨胞壁来减轻镉的毒害。2。隧镶处理浓度秘处理对瓣鲍增加，时片和根系Of’产生速率、H2。2和嚣二醛(MDA)禽量迅速增加；镉处理下玉米叶片SOD活性以及Cu／Zn—SOD基冈表达均受镉诱导增加，低镉处理下二者48h焉舞始’F降，健高镉处理(100Ilmol／L)q．-鄹使在培养168h后SOD活猛以及Cu／Zn．SO

4、D基因表达嫩仍然较高，二者变化规律一致，镉在植物体内对SOD的调控是通过基因转录实现的。时片CAT活性受低锈(5箨20}tmol／L)诱导髭著增热，健24h瑟逐步+F降，焉高锈处理(100ptmol／L)CAT活性培养期间一直低于对照；叶片CAT基因表达量受镉(20和1001xmol／L)诱导显著增加，僵24h磊逐步”F降，至培养168h嚣仍唆显高于对爨。可觅CAT活性与CAT基因表达变化并不十分吻合，在玉米叶片中镉对CAT的调控可能是通过转录或翻译后修饰实现的。叶片APX活性受镉诱导照著增加，培养12h后，5，20和100Ixmol／L处理分别较对照增加24％、67％和50％

5、，此后随胁追瓣麓鲶筵长逐步降低，100}tmol／L锈处理在168h麝甚至低予对照；叶片APX基因袭达受低镉(5和20I．Lmol／L)诱导高于对照，至168h表达量仍然较高，100lamol／L镶处理豹APX表达量一盖低于20gmol／L锈处理，说明镊可畿是通过转慕域翡译嚣修饰而影响APX活性。3。低镶处理对予抗坏盘酸一谷虢苗默：(AsA-GSH)循环途径缛用不明聂，低锈处理檀株随处理时间的增加，叶片总抗坏血酸、还原型抗坏血酸(AsA)和氧化溅抗坏血酸(DAsA)含量总体上变化不大，时片DHAR活性及基因静转录表达总体上处于较低水平，与对照没有显著熬异，谎瞒玉米叶片DHAR基

6、因的转录不受低镉胁迫的诱导。100gmol／I儡处理168h后，GR活性和总抗坏血酸含簸瞬显增加，显示AsA-GSH循环可被长隧闻裙高浓度的锈处蘧激活。4．不网镉处理下叶片Ca2+-ATPase活性均表现为细胞质膜>液泡膜、内质网膜>线粒体膜。镉诱导了玉米叶片生物膜系统Ca2+-ATPase懑性的畀离，但隧镉处理浓度殴增加和时润酶延长，生物膜系统Ca2+．ATPase活性在48h(质膜、液泡膜和内质网膜)和24h(线粒体膜)后又开始被镉捧裁，其麓镶处理浓度酶增加和翼雩闻的延长逐步降低。叶片囊膜C鑫2+．煳瀑磁se基因转录表达憋变化与其酶活性基本一致；镉诱导了玉米叶片钙调蛋L匀(

7、CaM)基因的表达，CaM含量及其表达撼均隧锈处理浓度酶增翻和时闻的筵长逐步臻滢。镉对叶片质膜C鑫2+．阉融粼释CaM基因功麓酶调控是在转录水平进行。综上所述，锈胁遣下植物活性氧清除酶朐活性灞强，锈在基因转录水平调控SOD活性，对CAT和APX的调控是通过转录或翻译后修饰而实现；低镉处理对于AsA-GSH循环途径作用不明最，但被长时闻和高浓度的镉处理激活；锈诱导植物钙傣使静变纯怒透过增强Ca2+．ATPase和caM基嚣的转录而提高cE+-ATPase活性和CaM含髓。关键词：镉，玉米，氧化