【摘 要】
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土壤镉（Cadmium,Cd）污染是全球性重大环境问题之一,不但会造成农作物的产量和品质下降,还会通过食物链危害人类健康。Cd对植物具有毒害作用,尤其是对植物的生长、光合作用、抗氧化活性等。植物对Cd具有复杂的解毒和耐受机制。然而,由于植物本身的抗氧化和解毒能力有限,在高浓度的Cd胁迫下常遭受毒害。通过外源添加物质增强植物对Cd的耐受性引起广泛重视。褪黑素（Melatonin,MT）是一种多功能信
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土壤镉（Cadmium,Cd）污染是全球性重大环境问题之一,不但会造成农作物的产量和品质下降,还会通过食物链危害人类健康。Cd对植物具有毒害作用,尤其是对植物的生长、光合作用、抗氧化活性等。植物对Cd具有复杂的解毒和耐受机制。然而,由于植物本身的抗氧化和解毒能力有限,在高浓度的Cd胁迫下常遭受毒害。通过外源添加物质增强植物对Cd的耐受性引起广泛重视。褪黑素（Melatonin,MT）是一种多功能信号分子,广泛分布于植物的不同部位,能够缓解逆境对植物生长发育的抑制效应。目前,对褪黑素作用机理研究主要集中在植物生理反应方面,而对于其分子机理研究不足。芥菜（Brassica juncea）在我国广泛栽培,极易从污染的土壤中吸收和积累Cd。本文研究了叶面喷施MT对盆栽芥菜幼苗Cd耐受性的影响,并利用转录组学方法分析其分子机理。结果如下:（1）Cd胁迫对芥菜的影响及外源MT对Cd毒害的缓解作用。随着Cd浓度的升高,芥菜幼苗生长发育受到抑制的效果越明显,主要抑制芥菜幼苗的株高、干重、叶绿素含量、类胡萝卜素含量和叶片细胞活性,各组织的Cd含量也呈现显著差异。在浓度为50 mg kg-1 Cd处理时芥菜植株的Cd含量较高,且对Cd的转运系数（Translocation factor,TF）大于1。探究了叶面喷施不同浓度MT（0、25、50、100、200和400 μmol L-1）对50 mg kg-1 Cd胁迫下芥菜植株的生长、光合作用、叶片细胞相对活性及Cd含量及富集系数和转运系数的影响。结果表明:叶面喷施100 μmol L-1 MT对芥菜幼苗Cd毒害的缓解效果最佳。（2）外源MT对Cd胁迫下芥菜生理的影响。Cd胁迫导致芥菜植株生长受到抑制,叶绿素和类胡萝卜素含量下降,光合作用降低,ROS和脂质过氧化物含量增加。与对照组相比,Cd胁迫下增加了植物抗氧化酶（SOD、POD、CAT、GR和APX）活性和非酶抗氧化物质（AsA和GSH）含量。与Cd胁迫植株相比,MT处理提高了植株内抗氧化酶活性和非酶抗氧化物质的合成,幼苗中的ROS和MDA含量显著下降,从而保护细胞免受伤害,提高了芥菜植株抵抗Cd胁迫的能力。（3）外源MT对Cd胁迫下芥菜转录组的影响。通过转录组测序技术分析了Cd胁迫21 d的芥菜对照组、MT处理组、Cd处理组和MT+Cd处理组的基因表达变化情况。四组数据比较分析后共鉴定出2889个差异表达基因（Differentially expressed genes,DEGs）。通过qRT-PCR对8个差异表达基因进行验证,其中RNA-Seq数据和qRT-PCR数据的相关系数R2=0.7949。Cd处理的植株与对照组处理的植物相比,检测到的DEGs有435个,其中上调的基因274个,下调的基因161个;MT处理的植株与对照组处理的植物相比,检测到的DEGs有95个,其中上调的基因53个,下调的基因42个;MT处理的植株与Cd处理的植物相比,检测到的DEGs有702个,其中上调的基因445个,下调的基因257个;MT+Cd处理的植株与对照组处理的植物相比,检测到的DEGs有619个,其中上调的基因458个,下调的基因161个;MT+Cd处理的植株与Cd处理的植物相比,检测到的DEGs有166个,其中上调的基因98个,下调的基因68个;MT+Cd处理的植株较MT处理的植物相比,检测到的DEGs有872个,其中上调的基因616个,下调的基因256个;这些差异表达基因在KEGG pathway分类上主要为植物与病原菌互作、光合作用、谷胱甘肽代谢等通路。GO注释的生物进程中主要包括调控转录因子、渗透胁迫、光合作用、碳水化合物代谢和植物激素信号转导。
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