芸苔属蔬菜重金属累积特性及抗Cd基因的差异表达与克隆

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 13次 | 上传用户:jst1984
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镉(Cd)位列重金属“五毒”(Cd、Hg、As、Cr、Pb)之首,是人体最危险的致癌物之一,最易在肾和骨骼中大量积累,导致肾功能衰竭、骨软化和骨碎。我国有严重Cd污染农田,分布在包括福建省在内的11省区。与其它“四毒”相比,进入土壤的Cd主要分布在耕作层,一般不被土壤固定,易于被作物吸收,蔬菜茎叶可食部位更容易累积Cd。我国蔬菜总产量年3.45亿t,位居世界第一。城乡菜篮子基地大多位于城郊工业区,蔬菜用地普遍受城乡工业污染,各大城市蔬菜Cd含量平均超国家卫生标准的2-3倍,最高达5.2倍。入世后,属于劳动密集型的、易于出口创汇的蔬菜产业,却因其卫生品质问题,削弱其在国际市场的竞争力。治理Cd污染土壤、降低蔬菜Cd含量,迫在眉睫。 本研究以24个芸苔属蔬菜基因型为材料,期望从蔬菜种质资源中筛选出:①抗Cd基因型即Cd低累积基因型用于低Cd含量、高卫生品质蔬菜育种与生产;②耐Cd基因型即Cd高富集基因型用于Cd污染土壤修复。主要结果如下: 1.研究出易于控制误差的温室水培试验体系:应用蛭石代替土壤育苗,以去离子水代替自来水配制营养液,以塑料网兜、珍珠岩石和塑料泡沫等简易材料固定植株,探索出易于控制蔬菜重金属离子误差的温室水培试验体系; 2.小白菜茎叶食用部位是Cd累积和分配的部位:在125μmol.L-1的Cd、Pb、As等3种重金属浓度胁迫下,13个小白菜基因型茎叶平均Cd含量为373.34mg.kg-1(国家卫生安全标准高限为0.20 mg.kg-1),分别是Pb(62.20 mg.kg-1,国家卫生安全标准高限为0.40 mg.kg-1)和As(27.56 mg.kg-1,国家卫生安全标准高限为0.70 mg.kg-1的6.0和13.6倍。说明Cd比Pb、As更易在茎叶食用部位累积,也说明了小白菜食用部位(茎叶)是Cd累积和分配的部位。 3.筛选出抗Cd和耐Cd的小白菜基因型:设置不同Cd胁迫浓度,结合最适合的胁迫浓度和生理生化耐性指标研究,筛选出小白菜抗Cd基因型(低累积)“Dr-SHQ”和耐Cd基因型(高富集)“Kt-RBD”。在50umol.L-1 Cd胁迫下,二者茎叶Cd含量分别为114.87和699.92 mg.kg-1,后者是前者4.97倍,分别是13个小白菜基因型茎叶平均含量的36.8%和182.62%;其Cd耐性指数分别达到97.8%和91.5%,说明两个基因型在Cd胁迫下都能正常生长,可分别作为低Cd含量、高卫生品质蔬菜育种和Cd污染土壤修复的材料。 4.检测到小白菜茎叶Cd低累积和高富集相关的RAPD标记:小白菜茎叶Cd低累积RAPD标记长度1个,长度是350bp;高富集RAPD标记1个,长度为610bp;以及结球甘蓝茎叶高富集RAPD标记1个,长度为470bp。说明芸苔属蔬菜茎叶食用部位cd累积特性的差异有其遗传背景,在Cd胁迫下,“Dr一sllQ”和 “Kt一RB护的抗、耐Cd基因都得到表达. 5.获得5个小白莱cd杭、耐性基因差异表达片段:Cd胁迫下,研究“Dr一SIIQ’’和“Kt一RB护的Cd杭、耐性基因的差异表达,结果共获得23个差异片段。其中Cdd3、cdds、Cddl6等3个差异表达片段与同属于芸苔属植物的印度芥菜、拟南芥等重金属解毒代谢的限速酶一半耽氛酸合成酶的编码基因同源性达 81%一96%;片段cdd15与编码金属硫蛋白合成酶基因有78%的同源性;片段cdd18与重金属解毒代谢的另一个限速酶一Y一谷氛酸一半脱氛酸合成酶基因高度同源(92%)。上述5个差异片段除了Cdds来源于基因型“Kt一RBD”外,其它4个均源于基因型 “Dr一SHQ”.说明cd杭性和耐性既有共同的解毒代谢,又存在不同的表达机制,值得深入探讨. 6.半耽氛酸合成酶编码基因的克隆:以“Dr一sHQ”和“Kt一RBD”的cDNA为模板,通过特异引物PCR扩增,从“Dr一SHQ”的。DN^中获得长度sz7bp(wl)的特异条带,从“Kt一RBD"eDNA中获得长度为528bp(WZ)和810bp(W3)2条带.其中W1与wZ仅有5个碱基的差异,二者与印度芥菜、拟南芥等植物编码半脆氨酸合成酶的cDN人有99%一92%的同源性.说明已从小白菜中克隆到半耽氨酸合成酶编码基因cDNA的保守片段,为其全基因序列的克隆以及深入研究小白菜杭Cd的分子机制、耽氨酸合成酶的表达与功能莫定了基础.
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