接種菌根菌和供磷水平對砷脅迫下番茄的生長及磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的影響.pdf

1、砷是土壤污染中最嚴(yán)重的有毒元素之一。土壤中的砷通過植物的吸收和富集進(jìn)入食物鏈，從而對動物或人體產(chǎn)生一系列的毒害作用。目前世界各地砷的污染已經(jīng)越來越嚴(yán)重，我國南方部分地區(qū)砷污染的問題也亟待解決。 前人的研究表明，由于磷砷在物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)上的相似性，使得在砷污染條件下，植物對磷與砷的吸收表現(xiàn)出一定的拮抗作用，施磷往往減少植物對砷的吸收；環(huán)境中的砷能跨過根系細(xì)胞膜上高親和的磷素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入植物體內(nèi)；許多植株對于砷的抗性增強(qiáng)很可能是通過

2、抑制高親合的磷素吸收系統(tǒng)來減少砷的吸收而實(shí)現(xiàn)的。然而，至今為止，植物磷砷之間交互作用的生理學(xué)機(jī)制，特別是在分子水平上的作用特征仍然不明確。此外，接種菌根菌可調(diào)控植物磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)，提高植物對介質(zhì)中磷素的吸收和利用，有可能減輕外源砷對植物的毒害作用，但在分子水平上還沒有直接的證據(jù)表明它們之間可能存在的相互關(guān)系。因此，有必要深入研究供磷水乎和接種菌根菌在植物抗砷毒害方面所起的作用，特別是磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)調(diào)控與植物體砷的吸收和

3、累積之間的關(guān)系。目前，盡管番茄中已經(jīng)克隆到了五個(gè)屬于Pht1家族的磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，但不清楚它們是否參與供磷水平和菌根菌侵染對提高抗砷毒害方面所起的作用。 本論文以目前作為模型植物的Micro-Tom番茄作為研究對象，研究了接種Glomusintraradices菌根菌下不同磷水平和不同濃度外源砷對番茄植株生長的影響，同時(shí)還研究了不同磷濃度下0.05mmol·L<'-1>外源砷脅迫對于番茄植株生長及磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的影響

4、，此外也研究了0.05mmol·L<'-1>外源砷脅迫下菌根專性誘導(dǎo)表達(dá)的磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因LePT4缺失突變體(lept4)和其野生型Micro-Tom的不同響應(yīng)情況。主要研究結(jié)果如下： 通過不同砷濃度下Glomus intraradices菌根菌侵染番茄的試驗(yàn)研究了砷對番茄植株生長及菌根菌對植株體內(nèi)磷砷吸收和累積的影響。結(jié)果表明，當(dāng)環(huán)境中有0.05mmol·L<'-1>的外源砷存在時(shí)，番茄植株在生物量上就會呈現(xiàn)出較明顯的砷毒

5、害癥狀，而對菌根菌自身來說，只有大于0.05 mmol L<'-1>的外源砷處理才會抑制Glomusintraradices對番茄植株根部的侵染能力。Glomus intraradices的侵染增加了番茄植株的生物量，降低了番茄植株體內(nèi)的砷濃度，增強(qiáng)了番茄植株對低濃度(0.05 mmol L<'-1>)和中濃度(0.25 mmol L<'-1>)外源砷的抗性。通過不同磷濃度下番茄植株在0.05 mmol·L<'-1>外源砷脅迫下的生長狀

6、況及其體內(nèi)磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)情況的研究發(fā)現(xiàn)，砷對番茄植株地上部生長的抑制作用大于其對根系的毒害作用，在低磷濃度(=0.2 mmol·L<'-1>)下外源砷的存在能顯著降低植株體對磷的吸收，而在外界磷濃度較高(=0.6 mmol·L<'-1>)時(shí)無此影響。提高供磷水平能夠顯著改善番茄植株的生長狀況，增加植株的生物量，并顯著降低植株體內(nèi)砷的含量。在低磷和中磷供應(yīng)水平下(=0.4 mmol·L<'-1>)，0.05 mmol·L<'-1>

7、外源砷的存在對番茄植株體內(nèi)磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)沒有顯著影響。 通過Glomus intraradices接種試驗(yàn)比較番茄lept4(菌根特異性誘導(dǎo)表達(dá)的磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)基因)突變體和其Micro-Tom野生型(WT)對磷砷吸收的差異發(fā)現(xiàn)，在沒有砷處理情況下，LePT4的突變極顯著降低了番茄經(jīng)菌絲體獲取磷素的能力和菌根菌侵染對番茄生長的改善效果。0.05 mmol L<'-1>外源砷的添加顯著降低了菌根菌對lept4突變體植株根部的侵