转AtMGT1及ne-MDH基因烟草对镉的富集与忍耐研究

作     者：黄安寿 

作者单位：西南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵秀兰

授予年度：2009年

学科分类：07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：转基因烟草 镉 镁素 植物修复 

摘      要：镉是环境中迁移性和毒性最强的重金属元素之一。植物修复是近年来国际上兴起的一种治理重金属污染土壤的新技术。其基本思想是将自然生长或遗传培育的超富集植物种植于污染土壤上,吸收重金属,从而降低土壤重金属含量,达到治理的目的。烟草是一种富集和转运镉能力较强的经济作物。镉对植物的毒害与忍耐机理已有研究。钙、镁离子是植物生长必需的营养元素,有研究表明提高植物体中镁离子含量可以有效提高植物对镉的忍耐和富集能力,提高植物生物量。随着基因移植技术的发展,运用转基因技术对植物进行修饰,提高植物生物量,对镉的转运和富集能力成为研究的热点问题。本研究通过转基因技术,将AtMGT1-neMDH基因重组体和AtMGT1基因导入普通烟草中,研究了AtMGT1-neMDH基因重组体和AtMGT1基因对钙、镁离子烟草转运吸收的差异;转基因烟草对镉的转运和吸收差异,探讨了转AtMGT1-neMDH基因重组体和AtMGT1基因烟草对镉的忍耐和富集能力差异。 转基因烟草品种的生物量差异研究表明,AtMGT1-neMDH基因重组体和AtMGT1基因能有效提高烟草地上部分生物量,避免了Cd胁迫对烟草的毒害,提高了烟草的生物量;基因导入WT烟草不同染色体部位,使得烟草对镉的抗性产生了不同的作用,这可能与基因的表达量有关。野生型烟草在不同Cd处理胁迫生物量变化差异不大,没有表现出Cd毒害的现象,说明WT对镉有较好的忍耐性。在不同Cd处理下PA22、PNA27表现出了较好的耐性,PNA1、PNA12则表现出了先促进后抑制,表现出剂量效应,PNA47、PNA57则表现出了持续的毒害作用。 不同转基因烟草株系镉含量及富集能力差异的研究表明,AtMGT1-neMDH基因重组体和AtMGT1基因能有效提高烟草对镉的富集能力。不同Cd处理胁迫下,转基因烟草品种的含Cd量明显高于野生型烟草,只是增长幅度不同。说明超量表达AtMGT1-neMDH基因重组体和AtMGT1基因在促进烟草对镉转运和积累方面有着积极的作用。通过植物重金属富集系数以及植物吸收量系数分析比较,筛选出PNA12、PNA27、PNA57和PA22四个富集效果较好的转基因烟草株系。 转基因烟草对钙、镁转运和吸收表明,AtMGT1-neMDH基因重组体和AtMGT1基因烟草能有效钙镁转运和和吸收能力。AtMGT1基因可以有效提高烟草对镁的转运和吸收,并维持较高的镁含量,提高了烟草的忍耐能力,保护烟草内部机制免受Cd的继续毒害;转基因烟草中足量的镁也促进了烟草对钙的吸收,并随着镉胁迫的增强而升高。足量的钙使得烟草内部能有效的调控烟草对镉的转运与储存,避免镉对烟草中重要细胞器的毒害。 通过钙、镁和镉三者的相互关系分析,在镉胁迫的情况下,烟草体内镁含量与镉含量存在极显著性差异,钙含量与镉含量在轻度镉胁迫下也存在显著性差异。说明了烟草对镉的忍耐机制是通过维持烟草体内充足的钙、镁元素含量来实现的。