铁、磷营养降低植物Cd积累的机制

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土壤镉污染问题已经成为威胁粮食产量和品质最为严重的问题之一。因此,探索有效的技术或方法阻控镉通过植物进入食物链迫在眉睫。其中,通过养分调控的农艺管理措施阻控植物镉吸收是一种绿色、经济、环保的策略。大量研究发现Fe、P营养供应与铁的吸收系统I]RT1密切相关,而且IRT1又是植物吸收镉离子的关键途径之一。本文以野生型拟南芥Co1-0及以该生态型为背景的铁吸收功能缺失突变体irt1-1、irt1-2为研究材料,研究了 Fe、P营养供应对植物镉吸收和积累的影响及其机制。主要研究结果如下:1.采用营养液培养的方法,研究了镉胁迫状况下,野生型拟南芥生长状况的变化。结果表明,镉胁迫导致野生型拟南芥叶片出现了失绿黄化、叶柄坏死枯萎,生长受阻的症状。当在营养液中外源供铁时或缺磷时,野生型拟南芥中的上述镉胁迫症状得到显著减轻,同时拟南芥体内镉的含量也显著降低。这表明,增加供铁或缺磷可通过减少拟南芥对镉的积累缓解镉的毒害胁迫。2.采取植物组织染色的方法,研究了镉胁迫下野生型拟南芥根尖活性氧(ROS)和细胞膜完整性的变化。结果表明,植物根尖ROS含量显著增加,细胞膜受损严重。当增加外源供铁时,根尖ROS和Evans blue染色程度显著降低;缺磷时,显著降低了根尖ROS的积累。可见,增加供铁或缺磷减轻了镉对根系造成的氧化损伤,从而增强了拟南芥植株对镉毒的耐性。3.通过实时定量PCR分析,研究了镉胁迫下,增加供铁Fe或缺P对二价铁转运体1RT1基因表达的调控作用。结果显示,增加供铁时,植物根系中IRT1的基因表达水平显著下降。同时,拟南芥对镉的吸收明显受到抑制。缺磷时,虽然IRT1的基因表达量反而上升,但是拟南芥对镉的吸收同样明显受到抑制。可见,增加供铁可通过降低IRT1的表达水平,降低植物根系对镉的吸收,达到缓解镉毒害的效果。而缺磷却可能是通过非IIRT1途径减少植物对镉的吸收,缓解榻毒。4.采用Fe-Cd间隔、共存循环处理和P-Cd间隔循环处理的实验方法,研究了镉胁迫下,增加供铁或缺磷对拟南芥镉吸收的影响。结果表明,增加供铁或缺磷均减少了植物对镉的吸收和积累。基于循环处理,我们发现增加外源供铁还可以通过增强Fe、Cd吸收间的竞争作用降低植物根系对镉的吸收。进一步验证了缺磷减少植物对镉的吸收是通过非IRT1途径实现的,该过程与P-Cd之间的拮抗作用无关。
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