《馬纓丹富集重金屬鎘的生理機制和蛋白質組學基礎研究》是賈永霞為項目負責人，四川農業大學為依託單位的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：馬纓丹富集重金屬鎘的生理機制和蛋白質組學基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：賈永霞
- 依託單位：四川農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對土壤重金屬鎘污染日趨嚴重所造成作物產量與品質降低，並間接危及人類的生命和健康等問題，本項目以地上部生物量大、生長迅速的馬纓丹（Lantana comara L.）為試材，採用盆栽模擬試驗，研究馬纓丹對重金屬鎘的積累特性及蛋白質組學基礎研究。通過測定馬纓丹體內鎘富集量和亞細胞水平的區域化分布，結合根系分泌物對根際環境的影響，探討馬纓丹富集鎘的生理機制；運用雙向凝膠電泳技術（2-DE），獲得鎘脅迫下馬纓丹植株的蛋白質表達圖譜，並對差異蛋白和特異蛋白進行生物信息學分析，進一步對差異蛋白進行免疫印跡（Western-blotting）分析，以此來探討馬纓丹回響鎘脅迫的蛋白質基礎。該研究可為鎘污染土壤的植物修復技術提供理論依據，具有重要的理論價值和套用價值。
結題摘要
以馬纓丹為試材，採用盆栽模擬試驗，研究了不同濃度鎘處理對馬纓丹植株體內鎘的富集特徵、根系分泌物和根際土壤環境、馬纓丹體內差異蛋白和特異蛋白表達、活性氧代謝及根際土壤鎘形態的影響。結果表明：（1）隨著鎘處理時間的延長和處理濃度的增加，馬纓丹根、莖、葉及地上部中的鎘含量和富集量均呈逐漸增加趨勢；不同濃度鎘處理下，馬纓丹地上部鎘富集量顯著高於根中鎘富集量；馬纓丹通過根部對鎘的沉澱限制鎘向地上部的轉運，以及液泡區隔化和細胞壁固持來減緩鎘對植株的毒害作用。（2）隨著鎘處理濃度的增加，馬纓丹根系分泌物中有機酸和胺基酸總量顯著增加；導致馬纓丹根際土壤pH和Eh降低，有利於鎘的活化和馬纓丹對鎘吸收；馬纓丹根際土壤酶活性普遍高於非根際土壤酶，且均隨著重金屬濃度的增加受到抑制，但受抑制程度也是根際土壤酶大於非根際土壤酶。（3）鎘處理下，馬纓丹葉片和根系中分別有98和120個蛋白點在不同處理間表達差異顯著。選取40個葉片差異蛋白點和30個根系差異蛋白點進行鑑定，其中36個葉片蛋白點和16個根系蛋白點鑑定成功。這些差異蛋白分別涉及卡爾文循環、蛋白質生物合成、能量代謝、脅迫防禦、碳氮代謝、結構蛋白和調節蛋白、轉錄因子、其他或未知功能蛋白。鎘處理顯著提高了上述生物過程相關酶的表達，與卡爾文循環、TCA循環、糖酵解途徑、胺基酸生物合成關鍵酶表達的增強可能與馬纓丹的鎘耐性密切相關。（4）中低濃度鎘處理下，馬纓丹通過調整Rubisco 活性、RCA 含量等的表達維持較高的碳同化能力，提高光合能力；而高濃度鎘處理下，馬纓丹體內卡爾文循環的關鍵酶活性或表達受到了抑制，光合能力受到影響，從而抑制了植株的生長。（5）馬纓丹葉片和根系中O2¯. 產生速率、H2O2和MDA含量及電解質滲漏率均隨鎘處理濃度的升高和脅迫時間的延長逐漸升高。脅迫90d時，葉片和根系中O2¯. 產生速率、H2O2和MDA含量及電解質滲漏率分別在鎘濃度高於60 和30 mg•kg-1時顯著低於對照。葉片和根系抗氧化酶SOD、POD、APX和CAT活性隨著鎘處理濃度的增加大體呈先升高后降低的趨勢，並在鎘濃度分別高於90 和60 mg•kg-1時，葉片和根系抗氧化酶活性顯著低於對照。上述結果說明，高濃度鎘處理顯著降低了馬纓丹體內抗氧化酶活性，導致活性氧大量積累，引起嚴重的膜脂過氧化傷害，從而顯著抑制了植株的生長。
