少根紫萍对镉离子吸收、转运和解毒的分子机制研究

基本信息
批准号:51509237
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:22.00
负责人:徐华
学科分类:
依托单位:中国科学院青岛生物能源与过程研究所
批准年份:2015
结题年份:2018
起止时间:2016-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:于昌江,王宇,唐贤丰,尹业虎,赵珣
关键词:
解毒少根紫萍转运吸收
结项摘要

The environmental contamination usually comes along with the industrialization in our country, and cadmium in aquatorium has already been a great threat to people’s health. Therefore, it is very important and necessary to find a convenient way of retrieving cadmium from water. Duckweeds are the fastest growing and morphologically simplest of aquatic flowering plants, which grow rapidly on the water surface and efficiently absorb cadmium. So it is considered as an available engineering aquatic plant for phytoremediation. However, the related molecular mechanism of cadmium absorption, translocation and detoxification were poorly understood. Recently, a high cadmium-resistant species of duckweed, Landoltia punctata strain 52a-L, has been selected from more than two hundreds kinds of wild-type duckweeds in our repository. The accumulation of free proline and soluble phenolics and the induction of three cadmium translocation and detoxification related genes indicate that an internal mechanism will be activated with cadmium stress in Landoltia punctata strain 52a-L. According to these results, the molecular mechanism of cadmium absorption, translocation and detoxification will be further investigated in this project. Non-invasive micro-test technique will be used to determine the position and rate of cadmium absorption. Histochemical assays, fluorescence microscopic observations and energy dispersive x-ray microanalysis will be performed to exhibit the distribution of cadmium in Landoltia punctata strain 52a-L. Then, several physiological responses induced by cadmium stress will be detected. Moreover, differentially expressed genes will be identified and analyzed by transcriptome sequencing. Based on the results of these experiments, it will be exposed what is the major strategy of cadmium absorption, translocation and detoxification in Landoltia punctata strain 52a-L and which genes play the core effects in this process. Finally, the mechanism of cadmium absorption, translocation and detoxification in Landoltia punctata strain 52a-L will be revealed and provide new insights into engineering aquatic plants for phytoremediation.

镉是工业生产中重要的加工材料,也是一种对生物体有很强毒害作用的重金属。目前,镉造成的环境污染已日趋严重,如何有效清除镉已成为亟待解决的重要课题。浮萍具有高效吸收镉离子的能力,因而被看作是治理镉污染的有效途径之一。然而,浮萍对镉离子吸收、转运和解毒的分子机制仍不清晰。我们前期工作筛选获得一株具有较强镉耐受能力的少根紫萍品系,并通过检测游离脯氨酸和可溶性酚的含量变化,以及分析镉离子转运和解毒相关基因的表达水平,初步反映出少根紫萍具有一套内在的镉离子转运和解毒机制。本项目将继续分析镉胁迫引发的各种抗逆生理响应,确定它吸收和储存镉离子的部位,解析全基因组范围内基因表达水平的差异性,挖掘调控镉离子吸收、转运和解毒的关键基因,阐明少根紫萍对镉离子吸收、转运和解毒的分子机制,为未来通过基因工程手段定向改良浮萍或其它植物提供理论基础和技术支持。

项目摘要

镉是工业生产中重要的加工材料,也是一种对生物体有很强毒害作用的重金属。目前,镉造成的环境污染已日趋严重,如何有效清除镉已成为亟待解决的重要课题。浮萍具有高效吸收镉离子的能力,因而被看作是治理镉污染的有效途径之一。然而,浮萍对镉离子吸收、转运和解毒的分子机制仍不清晰。. 本研究已从200多种野生浮萍品种中筛选获得一株具有较强镉耐受能力的少根紫萍品系(Landoltia punctata 6001)。进一步的研究发现在镉胁迫条件下,少根紫萍6001能够保持一定的生长速率,并且其体内光合色素、过氧化氢、游离脯氨酸和可溶性酚酸的含量,随着镉处理时间的延长逐渐降低,初步解析了浮萍耐受镉胁迫的生理机制。同时,少根紫萍6001的根和叶状体均参与了对镉离子的吸收,但镉离子在浮萍体内的分布呈现出不均一性。少根紫萍6001体内可以富集超过1 mg/g的镉离子,远高于定义超富集植物标准的0.1 mg/g,展现出优良的应用潜质。通过转录组测序分析,全面系统的揭示了少根紫萍6001耐镉的分子机制。从DNA到RNA再到蛋白质的合成和调控系统对镉胁迫产生了显著的响应。并且,植物细胞壁的主要成分纤维素,半纤维素,果胶和木质素的合成受到了明显的抑制。此外,硫代谢途径,活性氧代谢途径,液泡区隔化过程,三羧酸循环和黄酮合成途径均在浮萍耐镉方面发挥了重要的作用。在解析浮萍耐镉分子机制的同时,还筛选到了3个浮萍耐镉机制中的关键基因,它们分别是参与液泡区隔化过程的LeHMA5,调控黄酮合成的LeMYB12和硫代谢途径中的LeGST30。这3个关键基因的过表达浮萍株系,均表现出更高的镉耐受能力。. 综上所述,本研究已经较为全面和系统地揭示了少根紫萍耐受镉胁迫的生理机制和分子机制。初步验证了浮萍耐镉机制中,3个关键基因的生物学功能。为今后创制在含镉污水治理方面具有更为优良特性的浮萍种质提供了明确的候选基因。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

不同湿地植物配置对扑草净的吸收和去除效果研究

不同湿地植物配置对扑草净的吸收和去除效果研究

DOI:10.11869/j.issn.100-8551.2022.09.1887
发表时间:2022
2

壮药黄根中多糖含量的测定

壮药黄根中多糖含量的测定

DOI:10.3969/j.issn.1001-5817.2018.05.001
发表时间:2018
3

氮肥和密度对胡麻水分、氮素利用率及产量的影响

氮肥和密度对胡麻水分、氮素利用率及产量的影响

DOI:10.7606/j.issn.1000-7601.2020.03.21
发表时间:2020
4

硅促进盐胁迫下黄瓜NHX1基因表达及Na~+在液泡中的区隔化效应

硅促进盐胁迫下黄瓜NHX1基因表达及Na~+在液泡中的区隔化效应

DOI:10.11674/zwyf.20160
发表时间:2020
5

草地破土切根刀具的刃口曲线设计与优化

草地破土切根刀具的刃口曲线设计与优化

DOI:
发表时间:2016

徐华的其他基金

批准号:51575421
批准年份:2015
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:41671241
批准年份:2016
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:81501037
批准年份:2015
资助金额:17.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61175110
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51573025
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:90210007
批准年份:2002
资助金额:25.00
项目类别:重大研究计划
批准号:11204146
批准年份:2012
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31172441
批准年份:2011
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:61771417
批准年份:2017
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:40371068
批准年份:2003
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:60405011
批准年份:2004
资助金额:7.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31902048
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21103020
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60875073
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:81874089
批准年份:2018
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:30972276
批准年份:2009
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:31072238
批准年份:2010
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:40971154
批准年份:2009
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:41271259
批准年份:2012
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:51502167
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81001262
批准年份:2010
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61673235
批准年份:2016
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:81200118
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51779149
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51309158
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81560086
批准年份:2015
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81500733
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40742013
批准年份:2007
资助金额:13.00
项目类别:专项基金项目
批准号:40671094
批准年份:2006
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:31372562
批准年份:2013
资助金额:76.00
项目类别:面上项目
批准号:30800852
批准年份:2008
资助金额:23.90
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

寡营养与烯效唑协同处理促进少根紫萍淀粉快速积累的机制研究

批准号:31770395
批准年份:2017
负责人:方扬
学科分类:C0208
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
2

氮磷对菹草吸收、转运和富集镉的影响机制研究

批准号:21407042
批准年份:2014
负责人:薛培英
学科分类:B0604
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

硒对镉-砷复合污染下水稻吸收和累积镉、砷的根际调控机制

批准号:41907146
批准年份:2019
负责人:万亚男
学科分类:D0701
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

李氏禾根细胞对铬的吸收和跨膜转运机制研究

批准号:41163003
批准年份:2011
负责人:刘杰
学科分类:D0711
资助金额:49.00
项目类别:地区科学基金项目