水稻植株內(nèi)外磷素供應(yīng)狀況及磷饑餓信號(hào)影響鎘積累的分子生理機(jī)制研究.pdf

1、土壤鎘污染和磷肥的過(guò)量施用是存在于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的兩個(gè)非常嚴(yán)重的問(wèn)題。減少磷肥的施用量，提高作物對(duì)磷素的利用效率對(duì)于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。但減施磷肥是否會(huì)增加作物中鎘積累的風(fēng)險(xiǎn)，目前尚不明確。為了解析這個(gè)問(wèn)題，我們借助野生型(WT)、磷饑餓信號(hào)抑制突變體（phr2）和體內(nèi)無(wú)機(jī)磷含量高(PHR2-OE)的水稻轉(zhuǎn)基因材料，通過(guò)分別在高磷(HP)和低磷(LP)條件下外源添加鎘處理，解析磷/鎘信號(hào)間的可能互作，并分析水稻植株體內(nèi)和體外磷素狀況以

2、及內(nèi)部磷饑餓信號(hào)對(duì)植株鎘積累的影響;同時(shí)通過(guò)非損傷微測(cè)技術(shù)明確外界磷索供應(yīng)狀況對(duì)水稻根系鎘吸收的影響，最終解析植株體內(nèi)與體外磷素狀況對(duì)鎘吸收及積累的影響。研究的主要結(jié)果和結(jié)論如下:
　　(1)鎘脅迫會(huì)影響野生型水稻植株的磷積累和磷饑餓信號(hào)。在高磷條件下，鎘脅迫會(huì)導(dǎo)致地上部磷的含量顯著增加。qRT-PCR結(jié)果顯示:無(wú)論在高磷還是低磷條件下，鎘脅迫均會(huì)抑制OsIPS1、OsPT6和OsPT10在地上部的表達(dá);當(dāng)磷素充足時(shí)，鎘處理?xiàng)l件下

3、OsIPS1、OsPT6和OsP T10在根中的表達(dá)量均高于不加鎘處理;在低磷條件下，OsIPS1、OsPT6和OsPT10在根中的表達(dá)量在加鎘處理和不加鎘處理之間沒(méi)有顯著差異。以上結(jié)果暗示，高磷條件下，鎘脅迫會(huì)誘導(dǎo)水稻根中磷信號(hào)，促進(jìn)磷的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，從而增加地上部磷含量。
　　(2)體內(nèi)外磷素狀況和磷信號(hào)的改變不影響鎘的積累與鎘對(duì)植株生物量的抑制率。通過(guò)分析HP、HP/+Cd、LP和LP/+Cd培養(yǎng)條件下WT、phr2和PHR2

4、-OE植株的生物量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鎘脅迫會(huì)顯著抑制不同遺傳材料的生物量。然而，統(tǒng)計(jì)分析Cd對(duì)不同遺傳材料生物量的抑制率發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在高磷還是低磷條件下Cd對(duì)WT、phr2、PHR2-OE植株根和地上部生物量的抑制率均沒(méi)有顯著差異。同時(shí)通過(guò)ICP測(cè)定植株中的鎘含量，結(jié)果顯示W(wǎng)T、phr2和PHR2-OE植株地上部或根中鎘的積累量在高磷和低磷條件下均無(wú)顯著差異。
　　(3)體內(nèi)外磷素狀況和磷信號(hào)的改變不影響鎘的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因OsNramp

5、5的表達(dá)。雖然在鎘脅迫條件下，低磷會(huì)顯著抑制OsIRT1和OsIRT2在根中的表達(dá)量，但對(duì)鎘的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因OsNramp5的表達(dá)量沒(méi)有顯著影響。
　　(4)外界磷素狀況不影響植株根系對(duì)Cd2+的吸收速率。根系的Cd2+流速在加磷和無(wú)磷條件下沒(méi)有顯著的差異。
　　綜上所述，鎘脅迫可能通過(guò)影響根系磷素信號(hào)，促進(jìn)野生型植株地上部的磷積累增加。而體內(nèi)外磷素狀況的不同并不影響水稻鎘的吸收速率和積累量，因此，減少磷肥的施用量，并不會(huì)