《還原型谷胱甘肽緩解玉米鎘毒害機理研究》是依託浙江大學，由曹方彬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：還原型谷胱甘肽緩解玉米鎘毒害機理研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：曹方彬
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
土壤鎘污染嚴重影響農產品的安全生產和人類健康。本研究以玉米品種農大108為材料，谷胱甘肽（GSH）緩解玉米水培鎘脅迫試驗，探討抗氧化酶活性、光合作用參數變化等與鎘積累和耐性等的關係，明確GSH緩解鎘毒害的生理與生化機制；採用同位素相對標記與絕對定量蛋白組學技術（iTRAQ）比較GSH緩解鎘毒害後蛋白表達譜的變化，分離鑑定鎘低積累相關特異蛋白質，並進一步進行水稻遺傳轉化；利用長鏈非編碼RNA（lncRNA）測序技術，闡明參與調控鎘脅迫下GSH緩解鎘毒害的lncRNAs，並深入探討相關靶基因功能；利用氣相色譜-質譜聯用技術（GC-MS），研究鎘脅迫下代謝組對GSH的回響及對關鍵代謝途徑的影響。研究結果將完善玉米鎘低積累的研究理論，揭示鎘毒害過程中玉米組織生理-lncRNA-蛋白質-代謝物的回響機制，發掘鎘低積累相關特異蛋白，為GSH緩解玉米鎘毒害的農業套用和玉米安全生產提供理論依據和技術支撐。
結題摘要
土壤鎘污染是全球性的環境與農產品安全生產問題。鎘被吸收後可積累在作物的可食用部位，通過食物鏈威脅人類健康。本研究以玉米品種農大108為材料，闡明了還原型谷胱甘肽（GSH）緩解鎘毒害的機理；在篩選獲得玉米籽粒鎘低積累和高積累基因型的基礎上，研究了玉米耐鎘與籽粒鎘低積累的生理與分子機理及關鍵基因。結果表明，外源GSH能顯著緩解鎘脅迫對玉米生長的抑制，表現為生物量、光合作用能力、細胞活力、GSH含量、γ-GCS活性等與單獨鎘處理相比顯著增加，而過氧化氫、超氧陰離子、胼胝質、MDA、SOD和POD活性、地上部鎘含量等均顯著降低。葉片和根尖細胞超微結構顯示GSH顯著緩解了鎘脅迫引起的葉肉細胞和根尖細胞損傷；顯著降低鎘脅迫引起的ABA和乙烯的釋放；顯著提高鎘耐性相關基因表達水平，如植物螯合肽合成酶、WRKY、熱激蛋白和MYB轉錄因子等。GC-MS結果顯示，與單獨鎘處理相比，添加GSH顯著降低根部蘇糖酸等10種代謝物，而增加根部GSH等14種代謝物和地上部3-磷酸甘油酸酯等5種代謝物含量。為明確玉米籽粒低鎘積累機理，分析測定了95份玉米自交系籽粒鎘含量，成功篩選到高積累（自交系L42）和低積累基因型（L63），進一步採用水培鎘脅迫試驗，發現L63對鎘的耐性顯著強於L42，且具有較低的地上部鎘含量；細胞超微結構顯示鎘脅迫對L42的損傷顯著高於L63；鎘脅迫後L42根系ABA、JA含量和乙烯釋放量顯著增加且明顯高於L63，L63中乙烯釋放量和GA3含量顯著增加，而JA含量下降。利用轉錄組測序、qRT-PCR等技術，篩選獲得鎘低積累和耐性相關基因；採用PCR技術從L63中分離克隆了鎘低積累和耐性關鍵基因ZmCTR1、ZmUN1和ZmUN2，並在水稻中進行了遺傳轉化（已獲得T1代種子）。研究結果揭示了GSH緩解玉米鎘毒害及玉米籽粒鎘低積累的機理，加深了玉米鎘低積累和耐性分子機制的認知，並為培育鎘低積累玉米新品種提供理論基礎。
