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镉胁迫及缺硫对水稻非蛋白巯基物质含量和谷胱甘肽硫转移酶活性的影响

作　者: 高可辉
导　师: 葛滢
学　校: 南京农业大学
专　业: 生物化学与分子生物学
关键词: 水稻镉缺硫非蛋白巯基谷胱甘肽硫转移酶
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

我国农田镉(Cd)污染已对水稻(Oryza sativa L.)的安全生产造成了严重的威胁,培养耐Cd水稻品种以减少稻米中Cd的含量,缓解Cd污染带来的食品安全风险具有重要意义。包括谷胱甘肽(GSH)和植物螯合肽(PC)在内的非蛋白巯基(NPT)物质在解除Cd毒害,减少Cd向地上部转运的过程中发挥了重要作用。与GSH的代谢相关的酶类如谷胱甘肽硫转移酶(GST)在植物抵抗Cd胁迫的过程中也发挥着重要作用。本文采用一系列的水培试验,研究了Cd胁迫下,水稻幼苗各部位Cd含量和NPT含量以及GST活性的动态变化,并通过缺硫(S)预处理来探讨供S水平对水稻Cd吸收分配及NPT含量和GST活性的影响,此外,还利用SDS-PAGE电泳技术,对不同时期的水稻幼苗Cd胁迫下的GST蛋白量进行了分析。主要研究结果如下：1 Cd胁迫下水稻体内NPT和GST的动态变化随着50μmol·L-1的Cd胁迫时间的增加,水稻各部位的Cd含量不断增加。Cd在不同部位的含量表现为：根部>根表吸附>地上部>木质部汁液。积累量表现为：胁迫5d前根部>地上部,5d后地上部>根部。GSH含量随胁迫时间的增加而增加,PC和NPT含量根部胁迫前期增加,在5d时达到最大,然后下降,地上部NPT和PC含量变化不大。GST活性表现为先增后降。地上部硫代巴比妥酸反应产物(TBARS)含量随胁迫时间而增加,根部表现为先降低,然后又增加。过氧化氢(H2O2)含量在Cd胁迫下先下降,在5d时含量最低,在7d又增加至对照的水平。研究表明了巯基物质在解除Cd毒害过程中发挥着重要的作用,但其有一定的限度,50μmol·L-1Cd胁迫下5d是水稻体内巯基物质解毒的最高限度。2缺S对Cd胁迫下水稻NPT和GST变化的影响通过设置缺S和Cd胁迫等处理,研究了水稻生长情况、幼苗Cd和巯基物质含量以及GST活性的动态变化。结果表明：Cd处理明显抑制了水稻的生长,缺S预处理后,尽管水稻根部对Cd的吸收和向地上部的转运都有所增加,但Cd胁迫程度并未明显增加。Cd胁迫显著诱导了巯基物质(NPT、GSH和PC)的合成,但在缺S条件下,这些物质的含量较正常供S处理下的明显降低。缺S预处理降低了水稻地上部和根部GST活性,但在Cd胁迫后,GST活性表现出先上升后下降的趋势,而且缺S条件下根部GST活性比单一Cd处理的显著增加。上述结果表明,巯基物质和GST在水稻抗Cd胁迫过程中互为补充,一定程度上减轻了Cd的毒性效应。3 Cd胁迫下水稻GST蛋白的SDS-PAGE分析通过对水稻三叶期和萌发期幼苗的GST进行SDS-PAGE分析,研究了不同时期的水稻幼苗GST蛋白量的情况。结果表明：水稻三叶期根部和地上部的GST活性均表现为胁迫第1天下降,然后增加,在活性达到最大后又下降；而萌发期幼苗则表现为胁迫后GST活性增加,第2天时达最大,然后逐渐降低。萌发期幼苗的GST活性大于三叶期的。GST蛋白量与活性表现不完全一致：三叶期根部GST蛋白条带第3天时最深,表现出活性滞后；地上部不同胁迫时间之间的蛋白量无差异；萌发期幼苗的GST蛋白量则与活性表达基本一致。以上结果表明：在萌发期幼苗的GST活性表达较敏感,但GST蛋白量与活性表现不完全一致。

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图表目录 8-9摘要 9-11ABSTRACT 11-13第一章绪论 13-19 1.1 研究背景 13-15 1.2 研究内容 15 1.3 研究目的和意义 15-16 参考文献 16-19第二章文献综述 19-35 2.1 水稻对Cd的吸收、转运和积累 19-20 2.1.1 根系对Cd的吸收 19 2.1.2 Cd在植物体内的转移 19-20 2.2 Cd对水稻的毒害及水稻对Cd的耐性 20-22 2.2.1 Cd对水稻的毒害 20-21 2.2.2 水稻对Cd的耐性 21-22 2.3 巯基物质在Cd解毒和转运中的功能 22-25 2.3.1 巯基物质解除Cd毒害的机制 22-24 2.3.2 巯基物质对Cd转运的影响 24-25 2.4 GST对水稻Cd毒害响应的研究进展 25-28 2.4.1 GST功能 25-26 2.4.2 GST在重金属解毒中的作用 26-28 参考文献 28-35第三章 Cd胁迫下水稻NPT含量和GST活性的动态变化 35-49 3.1 材料与方法 35-37 3.1.1 试验材料 35 3.1.2 材料培养 35-36 3.1.3 测定方法 36-37 3.1.4 数据统计分析 37 3.2 结果与分析 37-43 3.2.1 Cd的吸收、转运和积累 37-39 3.2.2 Cd胁迫对非蛋白巯基含量的影响 39-42 3.2.3 Cd胁迫对GST活性的影响 42 3.2.4 Cd胁迫对H_2O_2含量的影响 42-43 3.2.5 Cd胁迫对TBARS含量的影响 43 3.3 讨论 43-45 3.4 小结 45-47 参考文献 47-49第四章缺硫对Cd胁迫下水稻幼苗NPT含量及GST活性动态变化的影响 49-59 4.1 材料与方法 49-50 4.1.1 水稻培养 49-50 4.1.2 测定方法 50 4.1.3 数据统计分析 50 4.2 结果与分析 50-55 4.2.1 不同处理水稻生长指标的变化 50-51 4.2.2 不同处理水稻Cd含量的变化 51-52 4.2.3 不同处理水稻NPT、GSH和PC含量的变化 52-54 4.2.4 不同处理水稻GST活性的变化 54-55 4.2.5 不同处理水稻巯基物质与Cd含量比的变化 55 4.3 讨论 55-56 4.4 小结 56-57 参考文献 57-59第五章不同时期水稻Cd胁迫下GST活性的动态变化 59-67 5.1 材料与方法 59-61 5.1.1 试验材料 59 5.1.2 材料培养及处理 59-60 5.1.3 GST活性的测定 60 5.1.4 SDS-PAGE电泳 60-61 5.2 结果与分析 61-63 5.2.1 三叶期幼苗的GST活性及电泳结果 61-62 5.2.2 萌发期幼苗的GST活性及电泳结果 62-63 5.3 讨论 63-64 5.4 小结 64-65 参考文献 65-67第六章总结与展望 67-69 6.1 总结 67 6.2 创新之处 67-68 6.3 不足与展望 68-69攻读硕士学位期间发表的论文 69-71致谢 71

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