一氧化氮緩解水稻鎘毒害的作用及其生理機(jī)制.pdf

1、鎘(Cadmium，Cd)是最主要的重金屬污染元素之一，它對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生多種生理毒害作用。水稻(Oryza sativa L.)是對(duì)Cd有較強(qiáng)生理耐受力和積累力的作物之一，Cd對(duì)水稻的污染具有很強(qiáng)的隱蔽性和危險(xiǎn)性，它給我國(guó)水稻生產(chǎn)和人民健康帶了風(fēng)險(xiǎn)和危害。一氧化氮(Nitric oxide，NO)是近十年來(lái)備受關(guān)注的重要?dú)怏w信號(hào)分子，它在植物信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及植物抗逆過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，近年來(lái)有關(guān)NO減輕植物重金屬毒害的研究方興未艾，NO緩解

2、植物重金屬毒害的許多生理過(guò)程和機(jī)制還不為人知。研究NO緩解水稻Cd毒害的作用過(guò)程和生理機(jī)制是十分必要和有意義的，這將為減少Cd污染造成的水稻減產(chǎn)，降低Cd在稻米中的積累提供理論基礎(chǔ)和防控依據(jù)。
　　 本研究以粳稻中花11為材料，采用溶液培養(yǎng)研究了外源NO處理對(duì)水稻Cd毒害的緩解作用，并從氧化脅迫、Cd在水稻體內(nèi)的分布、蒸騰速率、根系細(xì)胞壁成分及金屬硫蛋白(Metallothionein，MT)基因表達(dá)等角度探討了外源NO緩解水稻

3、Cd毒害的生理機(jī)制。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.外源低濃度的NO緩釋劑硝普鈉(Sodium nitroprussidum，SNP)(≤0.2 mM)處理能夠緩解0.1 mM CdCI2對(duì)水稻幼苗種子根(Primary roots，PR)和冠根(Crown roots.CR)伸長(zhǎng)以及冠根數(shù)目的抑制作用。Cd處理抑制了水稻幼苗中NO合成的關(guān)鍵酶——氧化氮合成酶(Nitric oxide synthase，NOS)活性，降低了內(nèi)源N

4、O含量，外源NO處理彌補(bǔ)了Cd毒害造成的NO不足，恢復(fù)了水稻幼苗冠根發(fā)生數(shù)目。一定濃度的內(nèi)源NO對(duì)于維持水稻冠根原基的發(fā)生是十分必要的.而對(duì)水稻種子根和冠根的伸長(zhǎng)并不是必需的，Cd對(duì)根系伸長(zhǎng)的抑制不是通過(guò)降低內(nèi)源NO含量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。水稻幼苗冠根原基的發(fā)生和冠根的伸長(zhǎng)是兩個(gè)不同的生理過(guò)程，本文認(rèn)為NO在這兩個(gè)生理過(guò)程中所起到的調(diào)控作用可能存在著明顯差異。
　　 2.低濃度的SNP(≤0.1 mM)能夠緩解0.2 mM Cd脅迫對(duì)5葉

5、期水稻的毒害作用。0.1 mM SNP處理增加了水稻根和莖中Cd的積累量，減少了水稻葉片中Cd的積累量，0.1 mM SNP處理增加了水稻根系細(xì)胞壁和細(xì)胞器中的Cd含量，減少了葉片細(xì)胞質(zhì)中的Cd含量。此外，0.1 mM SNP處理降低了五葉期水稻根系細(xì)胞壁中纖維素含量，增加了細(xì)胞壁中果膠和半纖維素含量，這可能是NO增加水稻根系細(xì)胞壁中Cd積累量，降低水稻葉片細(xì)胞質(zhì)中Cd積累量來(lái)實(shí)現(xiàn)緩解水稻Cd毒害的主要機(jī)制之一。
　　 3.0.

6、1 mM SNP處理減少了0.2 mM CdCI2脅迫下5葉期水稻根尖和葉片中的活性氧(Reactive oxygen species，ROS)含量，降低了氧化脅迫程度，同時(shí)還能誘導(dǎo)水稻金屬硫蛋白( Metallothioneins.MT)基因U43529在水稻根、莖和葉中增強(qiáng)表達(dá)，抑制基因U43530在根、莖和葉中的組成型表達(dá)，而對(duì)基因AF001396在莖和葉中的表達(dá)沒(méi)有明顯影響。這表明不同類型的MT在水稻中發(fā)揮著不同的作用，其中NO