摘要: 红麻(Hibiscus cannabinus L.)是双子叶植物纲，锦葵科木槿属一年生草本韧皮纤维作物，其生命力非常强，并且对重金属有很高的耐受性和富集能力，是一种潜在的重要的土壤重金属修复植物。近年来，中国农田土壤重金属污染面积逐渐增加，时刻威胁着农作... 展开 红麻(Hibiscus cannabinus L.)是双子叶植物纲，锦葵科木槿属一年生草本韧皮纤维作物，其生命力非常强，并且对重金属有很高的耐受性和富集能力，是一种潜在的重要的土壤重金属修复植物。近年来，中国农田土壤重金属污染面积逐渐增加，时刻威胁着农作物和人类的身体健康。目前，国内关于红麻非生物胁迫的研究还比较少，更未有见关于红麻响应Cd胁迫的分子机理研究的报道。为了研究Cd对红麻响应的分子机制，本研究以福红991(FH)和云南元江（YN）两个红麻品种为材料，育苗20天左右时，使用0、10、30mg/kg的CdCl2处理幼苗，一周后测定不同浓度下幼苗的农艺性状、生理指标、根系活力的变化，并测定两个品种在不同处理下对Cd的富集状况，并利用透射电子显微技术观察两个品种在0、10mg/kg Cd2+处理下的根和叶片细胞超微结构;同时，将两个品种在0、10mg/kg Cd2+处理下的叶片进行转录组测序分析。得到如下结果: (1)通过测量红麻幼苗株高、茎粗、根长、各部分鲜重、干重等指标来反应重金属Cd对FH和YN两个红麻品种的影响。研究发现，Cd对红麻的毒害作用非常严重，造成根、茎等组织器官生长缓慢，叶片出现失绿、卷曲甚至脱落等现象;并且，随着Cd处理浓度的升高，各项农艺性状指标的相对抑制率均显著升高，且FH品种各项指标相对抑制率均小于YN。 (2)胁迫处理一周后，分别测定FH、YN两品种红麻叶片SOD、POD、CAT酶活性和MDA含量，同时测定其根系活力，发现在0～30mg/kg范围内，随着Cd胁迫浓度的升高，SOD、MDA、根系活力总体均逐渐升高，POD活性呈先上升后下降的趋势，CAT活性表现为逐渐下降趋势，各项指标的变化趋势非常明显，在不同浓度下FH品种SOD、POD活性均高于YN品种，MDA、根系活力、CAT活性均低于YN品种。 (3)胁迫一周后，测定在不同处理下两个红麻品种不同部位的Cd含量，通过分析发现红麻对重金属Cd的富集程度表现出根＞茎＞叶，且同一处理下，FH品种根、茎、叶中Cd含量均高于YN，即FH品种对Cd的富集能力高于YN。在0～30mg/kg处理范围内，Cd在FH和YN两品种红麻根中的含量呈逐渐增加的趋势，在茎和叶中的含量呈先上升后下降的趋势;当Cd2+处理浓度为30mg/kg时两品种红麻根中的Cd含量均达最大值，FH为2836mg/kg，YN为2976mg/kg;茎中Cd含量在10mg/kg处理时达到最大值，FH为320mg/kg，YN为278mg/kg;叶中的Cd含量同样在10mg/kg处理时达到最大值，FH为119mg/kg，YN为96mg/kg。 (4)本试验使用透射电子显微镜(TEM)观察了FH和YN两个品种在Cd胁迫处理一周后的根和叶片的超微结构。通过分析发现，与对照组片相比，10mg/kg Cd2+处理下FH和YN品种的根细胞结构遭到破坏，细胞壁增厚，核膜模糊不清，染色质颜色变浅，同浓度下叶片细胞叶绿体类囊体薄膜结构松散或消失，出现内溶物外泄等现象;同时比较10mg/kg Cd2+处理下两品种红麻叶片细胞超微结构发现，YN品种叶片叶绿体受到的破坏程度更为严重，已经找不到特征明显的叶绿体，即从细胞学水平反映出在10mg/kg Cd2+处理下YN比FH对于重金属Cd的敏感性更高。 (5)将FH和YN两个品种的叶片做转录组测序，组装共得到199762个Transcripts和105437个Unigene。FH10与FH0相比共有2219个差异表达的基因，YN10与YN0相比有3320个差异表达的基因，其中两个品种共有的差异表达基因有525个基因，YN品种受到Cd胁迫后基因变化的数目更多，YN对重金属Cd胁迫的敏感性更高;对共有的差异基因进行GO富集分析发现，其主要富集在“细胞组成”、“抗氧化酶活性”和“锌铁结合转运”等功能方面。共有的差异表达基因进行KEGG代谢通路富集，发现其主要富集在“羧酸代谢途径”、“MAPK信号通路”、“氨基酸代谢通路”、“MAPK信号通路”等代谢通路当中。 (6)以RNA为模板克隆得到CXE1，MTP4，ZIP2，MT，MT2，ERF2，ERF5基因序列。采用双酶切法成功构建CXE1，MTP4，ZIP2，MT，MT2，ERF2，ERF5的过表达载体。并已利用烟草的遗传转化体系，使用农杆菌介导叶盘法成功将构建好的CXE1基因的过表达载体转入烟草中，通过分子检测获得一批转基因植株。 收起