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我国是稀土消费大国,稀土农用已经成为我国第三大稀土消费市场。随着稀土元素(Rare Eareth Elements)的农业应用日趋广泛,特别是随着稀土化肥的推广,加速了土壤与环境中稀土元素的富集和积累。由于稀土是重金属,过量的稀土进入土壤和环境后对生态环境和人类健康的影响,已引起全社会的广泛关注。目前关于稀土农用在土壤中累积后对生态环境产生的影响研究已取得了一定成果,但稀土对植物的作用机理的研究尚不完善。
拟南芥(Arabidopsis thaliana)是一种模式植物,生物学的不同领域都对这一遗传资源进行了大力开发和利用。拟南芥属于高等植物中的十字花科植物,具有个体小、生长周期短、易于培养、种子数量多、基因结构简单且基因组序列已经全部测序,研究成果易于转化等特点,因此拟南芥被称为植物界的“果蝇”。作为模式植物,拟南芥更为重要的一个特点是非常容易通过诱导,产生大量的突变体,人工诱变产生突变体的方法有很多种,其中较为常用的有辐射诱变、插入诱变和化学诱变等。拟南芥的许多突变体己被广泛用于植物发育和代谢途径的研究。拟南芥突变体的筛选已成为研究许多重要理论问题的前提。在稀土农用研究中利用拟南芥的工作还很少,目前除了笔者所在课题组之外还没有关于拟南芥抗稀土元素突变体筛选的研究。
本研究在前期实验的基础上筛选出了拟南芥抗La突变体,为La抗性基因定位提供了基础材料。拟南芥抗La突变体的研究将从基因角度阐明稀土积累的遗传效应,进一步完善稀土农用的环境安全性评价体系。
筛选方法试验中,在双层培养基试验中,根在50mg/kg La3+浓度稀土培养基中仍能继续生长。由于拟南芥幼苗茎和叶片处于非胁迫条件,根吸收的La向上部转运的很少,导致幼苗可以忍受比根更高浓度的胁迫。考虑到双层培养基每皿的接种量有限,种子发芽不一致,根生长条件很难控制,因而选用了较为简单的根向地性弯曲生长为突变指标的筛选方法。
筛选压力的确定,通过一系列浓度梯度实验的对比发现拟南芥在7-13mg/kgLa3+水平培养基上根生长处于抑制状态,但仍能生长;在14mg/kg及以上浓度基本不生长。最终确定了在pH5.5,1%琼脂浓度条件下,14mg/kgLa3+浓度为最适宜筛选压力。
通过对使用不同诱变方法所获得的诱变后代进行筛选。其中EMS诱变的M2代种子通过上述确定的筛选浓度和筛选方法进行筛选,共筛选到239株可能突变体,在营养土中培养,分单株收获。
对获得的239株可能突变体用上述方法进一步复筛,得到了58株疑似突变体,在营养土中培养,分单株收获。将获得的58株疑似突变体用更高的梯度浓度进行进一步的鉴定,最终发现编号为KEMS-36的幼苗在更高浓度(17mg/kg La3+、21mg/kg La3+)条件下依然能够继续生长,且根弯曲较为一致。可以初步确定KEMS-36为拟南芥抗La突变体。