【摘 要】
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铜是动植物体内必不可少的微量元素之一,但过量的铜会影响动植物的生长发育以及造成环境污染,研究水稻在铜胁迫下的生理生化指标以及转录组分析,对于解析水稻受铜胁迫的致毒机理和缓解方法有重要的作用。褪黑素是一种色氨酸类的吲哚类物质,不仅参与生长代谢,促进种子萌发和根系构造,还能清除活性氧,缓解植物受到的生物与非生物胁迫伤害。但是关于褪黑素在植物对铜胁迫响应中的作用机制尚不清楚。本论文以耐铜性差异显著的2个
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铜是动植物体内必不可少的微量元素之一,但过量的铜会影响动植物的生长发育以及造成环境污染,研究水稻在铜胁迫下的生理生化指标以及转录组分析,对于解析水稻受铜胁迫的致毒机理和缓解方法有重要的作用。褪黑素是一种色氨酸类的吲哚类物质,不仅参与生长代谢,促进种子萌发和根系构造,还能清除活性氧,缓解植物受到的生物与非生物胁迫伤害。但是关于褪黑素在植物对铜胁迫响应中的作用机制尚不清楚。本论文以耐铜性差异显著的2个水稻品种日本晴（敏感）和武运粳7号（耐性）作为研究材料,围绕铜胁迫下水稻各项生理指标变化和转录组分析,以及外源施加褪黑素对铜胁迫下水稻抗氧化系统的影响等方面展开研究。主要结果如下:1.铜胁迫下日本晴幼苗出现明显毒害现象,与对照组相比叶片卷曲变黄,叶鞘部变黄,根系变黄。但相同时间相同处理下的武运粳7号仅出现下位叶变黄,叶鞘部变黄现象,根系也没有日本晴受损严重。其次铜胁迫还抑制日本晴幼苗根、叶鞘、叶的鲜重和干重的积累,但对于武运粳7号,根、叶鞘、叶的鲜重明显受到抑制,而叶鞘干物质的积累却有所增长,说明日本晴受到的抑制作用明显高于武运粳7号。进一步研究表明,铜离子会造成日本晴和武运粳7号植物内ROS的大量积累,对水稻造成过氧化损伤,MDA含量升高,抗氧化系统被激活,APX、POD、SOD等酶活性大大提高,但依旧表明日本晴受损伤程度更重。分子水平上还发现铜伴侣蛋白q ATX、重金属转运蛋白、COPT转运蛋白均受铜离子胁迫响应,且在不同品种不同部位表达模式不同。2.利用转录组高通量测序技术分析铜胁迫下日本晴和武运粳7号的差异表达基因及其功能富集。结果表明,铜胁迫下日本晴共筛选出9051个,武运粳7号共筛选出5884个差异表达基因。GO富集分析和KEGG功能注释分析发现,无论是日本晴还是武运粳7号中,经铜胁迫后,差异表达基因都有集中在质体、类囊体和光合作用中。另外,两者的差异表达基因都还与过氧化物酶体有关,进一步证明了铜离子进入植物体内引起了氧化应激反应,ROS水平的急剧增加。差异表达基因的GO富集和KEGG Pathway富集分析结果显示铜胁迫后,日本晴中的差异表达基因数量远远高于武运粳7号。另外,转录组测序结果显示铜胁迫下TDC3、T5H、SNAT、ASMT 4个基因在日本晴叶片中表达量显著上升,而在武运粳7号中变化幅度不是很大,与荧光定量PCR结果基本符合。3.外源施加褪黑素后,相较于铜处理组,日本晴和武运粳7号幼苗的根长和根鲜重都有所增加,对营养物质的吸收增多,日本晴苗高明显增高,苗鲜重和干重明显增加,叶片卷曲数和卷曲程度也明显减轻,武运粳7号铜毒害现象也有所减轻。日本晴和武运粳7号MDA含量减少,膜脂过氧化程度减轻,日本晴的APX、POD、SOD酶活性也显著降低。可见外源褪黑素可缓解水稻铜毒害现象,增加水稻对铜胁迫的抗性。
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