鉀、甜菜堿緩解煙草鎘毒害基因型差異及耐鎘相關(guān)miRNA表達(dá)差異分析.pdf

1、本研究利用水培試驗(yàn)，系統(tǒng)地研究了鉀和甜菜堿對(duì)煙草鎘毒害的緩解效應(yīng)及作用機(jī)理，并探討了鎘脅迫下煙草miRNA表達(dá)的基因型差異。主要研究結(jié)果如下:
　　1.鉀對(duì)煙草鎘毒害的緩解效應(yīng)
　　參試煙草基因型K326，水培試驗(yàn)，研究鎘處理5d和10d后K0、K1、K2、K3(0、0.25、0.5、1mMK)4個(gè)濃度鉀對(duì)5μM Cd脅迫下煙草生長(zhǎng)、礦質(zhì)元素吸收與分布、光合參數(shù)及抗氧化酶活性等的影響。結(jié)果表明，鎘脅迫條件下，鉀緩解鎘毒害具有

2、劑量效應(yīng)，中等濃度鉀處理(K2+Cd)煙草生理性狀好于其它3個(gè)鎘處理;地上部和根部鎘含量分別比其它3個(gè)鎘處理平均低15.8％與12.9％，煙草葉片中的鋅和鐵含量較高;其SPAD值、光合參數(shù)和抗氧化酶活性優(yōu)于其它3個(gè)鎘處理，而MDA含量則顯著低于其它3個(gè)鎘處理。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，鉀緩解鎘毒害的機(jī)理主要包括:降低鎘含量，減少鎘對(duì)植株的毒害;促進(jìn)煙草生長(zhǎng)和物質(zhì)的量積累，增強(qiáng)其對(duì)鎘的耐性;增加抗氧化酶活性（SOD、CAT與APX活性提高），降低膜

3、脂過(guò)氧化作用（MDA含量降低）。
　　2.甜菜堿對(duì)煙草鎘毒害的緩解作用及基因型差異
　　參試煙草基因型貴煙1號(hào)（鎘敏感基因型）和云煙2號(hào)（耐鎘基因型），水培試驗(yàn)，設(shè)對(duì)照（基本培養(yǎng)液）、Betaine(500μM Betaine)、Cd（5μM Cd）和Cd+Betaine4個(gè)處理，研究外源甜菜堿對(duì)鎘脅迫下煙草生長(zhǎng)和生理的影響及基因型差異。結(jié)果表明，葉面噴施500μM甜菜堿可以顯著緩解煙草鎘毒害。與單一鎘處理(Cd)相比，噴施

4、甜菜堿后(Cd+Betaine)煙草地上部與根部鎘含量分別顯著降低13.0％、11.7％（貴煙1號(hào)）和13.7％、11.8％（云煙2號(hào)），MDA含量降低;同時(shí)顯著緩解鎘脅迫對(duì)根尖細(xì)胞活力的抑制;緩解因鎘脅迫出現(xiàn)的胞質(zhì)松散，膜系統(tǒng)模糊，嗜鋨顆粒增加，基粒數(shù)目減少且片層結(jié)構(gòu)松散的現(xiàn)象;增加根尖細(xì)胞中的空泡數(shù)量和體積。此外，葉面超微結(jié)構(gòu)掃描及光合儀數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，噴施甜菜堿會(huì)使氣孔關(guān)閉，蒸騰速率下降。甜菜堿緩解鎘毒害的原因主要有:甜菜堿降低煙草

5、對(duì)鎘的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)，在根部形成大量空泡束縛鎘的移動(dòng)，使煙草主動(dòng)降低鎘對(duì)自身的毒害;甜菜堿增強(qiáng)鎘脅迫下煙草的光合作用并保護(hù)PSⅡ，提高根系的活力，增加煙草物質(zhì)的合成與積累;保護(hù)蛋白質(zhì)和代謝酶的活性，促進(jìn)煙草葉片和根系中鎘誘導(dǎo)產(chǎn)生的ROS清除，減少鎘對(duì)細(xì)胞膜的損傷。
　　3.鎘脅迫下煙草miRNA表達(dá)的基因型差異
　　參試煙草基因型貴煙1號(hào)和云煙2號(hào)，水培試驗(yàn)設(shè)0（對(duì)照）和50μM Cd處理，鎘脅迫5d取根系進(jìn)行了高通量miRNA

6、測(cè)序，結(jié)果得到屬于53個(gè)家族的164條已知miRNA和29條新miRNA。通過(guò)比較保守miRNA相對(duì)表達(dá)量后發(fā)現(xiàn)，鎘處理后貴煙1號(hào)和云煙2號(hào)中表達(dá)量均顯著上調(diào)和下降的miRNA分別有22和6條，有12條miRNA在貴煙1號(hào)中表達(dá)量上調(diào)在云煙2號(hào)中變化不明顯，8條miRNA在貴煙1號(hào)中不變?cè)谠茻?號(hào)中下調(diào)。同時(shí)，13條新miRNA在鎘處理后表達(dá)發(fā)生顯著變化。通過(guò)靶基因預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)527個(gè)保守miRNA的靶基因與195個(gè)新miRNA的靶基因，