甜高粱在重金屬鎘脅迫下的生理反應(yīng)和基因鑒定.pdf

1、當(dāng)今社會，工業(yè)發(fā)展和人類活動導(dǎo)致大量的土地受重金屬污染。農(nóng)業(yè)區(qū)過多的重金屬，例如，鉛（Pb）、鉻（Cr）、鋅（Zn）、鎘（Cd）、銅（Cu）和鎳（Ni）等嚴(yán)重威脅食品安全和公共健康。為了阻止人類和動物遭受毒害，消除或者修復(fù)土壤重金屬污染是迫切需要的。鎘是一種有毒且非必須的重金屬，很容易被植物吸收并積累在農(nóng)產(chǎn)品中。目前，有很多防止、消除和修復(fù)環(huán)境中污染物負(fù)面效應(yīng)的方法和過程，但是對于此目的的應(yīng)用很難實施或者根本無法實施。因此，所有的研究應(yīng)

2、考慮利用生物因素來處理和修復(fù)環(huán)境。植物修復(fù)被定義為利用植物消除環(huán)境中的污染物或者減少它們的危害。這個過程在不對環(huán)境造成干擾的同時還有一定的經(jīng)濟(jì)效益。
　　高粱（Sorghum bicolor L.）是一種惠民的有多重用途的農(nóng)作物，在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中可以作為糧食、飼料、纖維和燃料。甜高粱包含了高粱的不同的栽培品種的有點，且莖中儲存大量的蔗糖以及有很大的生物量，因此可以作為生物燃料，而糖含量確定了甜高粱作為生物燃料的潛力。甜高粱多汁的莖

3、通常含有大約16-18％的可發(fā)酵糖和大量的無結(jié)構(gòu)性糖類。為了初步評估甜高粱植物修復(fù)的潛力，以前的研究已對重金屬(Cd,Pb,Zn,Cu)脅迫下高粱的一些形態(tài)學(xué)的和生理的特性做了調(diào)查。高粱不僅可以忍受高濃度的重金屬，而且可以吸收并轉(zhuǎn)運金屬離子到地上部分。因此，盡管高粱在土壤修復(fù)中是潛在可用的作物，但存在著把重金屬累積到可食用部分從而進(jìn)入食物鏈的風(fēng)險，這是必須要避免的。由于非糧食用途，甜高粱將在重金屬污染區(qū)域受到更多的關(guān)注。由于甜高粱具有大

4、的生物量和強(qiáng)的抵御不良環(huán)境條件的能力，在土壤修復(fù)上它將會成為一個有競爭的候選物種。然而，對于甜高粱栽培品種在重金屬脅迫下的生理行為和基因調(diào)控的理解還很薄弱。
　　本研究目標(biāo)是：（1）鎘對甜高粱生長和生理機(jī)能的影響；（2）鑒定甜高粱耐受鎘的基因型；（3）確定鎘誘導(dǎo)改變糖在甜高粱莖中的積累和轉(zhuǎn)運；（4）鑒定甜高粱在鎘脅迫下的基因。這些結(jié)果將為甜高粱在土壤重金屬污染植物修復(fù)中生物能的產(chǎn)生提供理論基礎(chǔ)。
　　本研究選用了兩個甜高粱栽

5、培品種（KE和ET）及五個鎘濃度處理(0,5,10,25,50ppm)來實現(xiàn)上述目標(biāo)。收獲時間分別在幼苗期和蠟熟期。本研究中，觀察了兩個品種甜高粱的形態(tài)學(xué)特征和生理響應(yīng)。此外，甜高粱與鎘處理植物和對照植物對鎘處理的不同響應(yīng)表明鎘對甜高粱形態(tài)學(xué)和生理特征的影響。研究結(jié)果表明，ET的生長和光合作用對鎘比較敏感，而KE比較耐受。另一方面，本研究驗證了潛在耐鎘的甜高粱基因型和鎘在不同植物器官的累積，分析了甜高粱中鎘對其它一些必須元素吸收和轉(zhuǎn)運的

6、影響。2品種對重金屬Cd的積累含量大小順序為根部>莖部>老葉片>新葉片>種子。本研究還發(fā)現(xiàn)在高粱的根和莖，鎘積累能力很高。此外，鎘在低優(yōu)先節(jié)間積累幾乎同時在這兩個甜高粱線KE和ET的上部節(jié)間。此外，2品種高粱KE和ET明顯，在低節(jié)間鎘積累含量比上部節(jié)間多，越往上鎘積累越少。而且，本研究分析了鎘對甜高粱莖中糖運輸和分配的影響。本研究的創(chuàng)新在于對甜高粱生物燃料生產(chǎn)與土壤重金屬植物修復(fù)相結(jié)合的應(yīng)用和理解提供了新的見解。運用RNA序列的轉(zhuǎn)錄組學(xué)