生长素和细胞分裂素在植物超富集重金属中的作用及机理

基本信息
批准号:31360132
项目类别:地区科学基金项目
资助金额:48.00
负责人:王宏镔
学科分类:
依托单位:昆明理工大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王海娟,赵宾,杨晓燕,胡拥军,李燕燕,殷飞
关键词:
细胞分裂素重金属机理超富集植物生长素
结项摘要

Auxin and cytokinin play an important role in cell growth, differentiation and division. In our previous study, we found that the contents of indole-3-acetic acid (IAA) and zeatin (Z)in the fronds of Pteris vittata (a known arsenic hyperaccumulator) could keep a high level. Therefore, it is very important to find the functions and mechanisms of these two phytohormones in plant growth and metal hyperaccumulation of metal hyperaccumulators. In present research, we will firstly study the changes of IAA and Z contents in metal hyperaccumulators and non-hyperaccumulators subjected to a series of metal concentrations in the field. Secondarily,the biosynthesis and decomposition mechanisms of these two phytohormones in the tested plants will be further evaluated by pot experiment. Lastly, the roles and mechanisms of higher contents of auxin and cytokinin in metal hyperaccumulators will be elucidated by adding exogenous plant growth regulators with similar physiological functions to phytohormones. The determined indexes will include as follows: root development (root vigor, lateral root development), photosynthesis and transpiration (rate of photosynthesis and transpiration), cell division (cell ultra-structure, image of cell division, anatomy of the vascular tissue), antioxidative system (activities of antioxidative enzyme, content of hydrogen peroxide,generation rate of superoxide anion) and the main root exudates (organic acid, dissolved organic carbon). The results will provide valuable information to the use of plant growth regulators in the process of phytoremediation.

生长素和细胞分裂素在促进细胞生长、分化和分裂中具有重要作用。我们前期工作表明,砷胁迫下,砷超富集植物蜈蚣草叶片吲哚乙酸(IAA)和玉米素(Z)能维持在较高水平,进一步研究超富集植物体内具有高含量IAA和Z的机理及其在植物超富集重金属中的作用具有重要意义。本研究首先通过野外调查,研究不同梯度重金属胁迫下超富集和非超富集植物体内两类内源激素的变化;其次,通过盆栽实验,进一步明确植物中两类激素的合成与分解机制;最后,通过外源添加植物生长调节剂,从根系发育状况(根系活力、侧根发育等)、光合与蒸腾作用(光合速率、蒸腾速率)、细胞分裂(超微结构、细胞分裂图像、维管组织解剖)、抗氧化系统(抗氧化酶活性、过氧化氢、超氧阴离子产生速率等)以及主要根系分泌物(有机酸、可溶性有机碳等)的变化,明确较高含量植物激素在植物超富集重金属中的作用和机理,为在植物修复实践中合理使用植物生长调节剂提供依据。

项目摘要

研究超富集植物体内具有高含量生长素和玉米素的机理及其在植物超富集重金属中的作用具有重要意义。本项目研究了不同梯度重金属胁迫下植物体内两类内源激素的变化及其合成与分解机制。主要研究结果表明:.(1)砷超富集植物比非砷超富集植物具有更高的生长素和细胞分裂素水平,且叶片保持较高的吲哚乙酸(IAA)含量、较低的吲哚乙酸氧化酶(IAAO)和过氧化氢酶(CAT)活性有助于大叶井口边草超量富集砷。.(2)大叶井口边草比剑叶凤尾蕨具有更高的游离态IAA水平,这种高游离态IAA含量是由于砷刺激了可逆酰胺态IAA的水解,以补充游离态IAA库。大叶井口边草叶片砷富集量与7-β-葡糖基-N6-(异戊二烯基)腺嘌呤(iP7G)和异戊烯基腺嘌呤核苷(iPR)含量成显著正相关。.(3)砷胁迫下大叶井口边草比剑叶凤尾蕨合成IAA的力度更小,但IAAO活性也更低。大叶井口边草在砷胁迫下IAA-POD活性无显著变化,减少降解;而剑叶凤尾蕨的IAA-POD(过氧化物酶)活性显著上升,导致IAA水平下降。大叶井口边草高的IAA水平与色胺(TAM)和IAA-Asp(门冬氨酸)的含量有关,TAM途径较其他IAA合成途径具有更重要的作用。.(4)大叶井口边草叶片中细胞分裂素合成中间产物异戊烯基腺嘌呤(iP)含量在低浓度砷胁迫(50 mg/kg)时显著增加,而在剑叶凤尾蕨中则无显著变化;低浓度砷胁迫显著增加了大叶井口边草叶片细胞分裂素氧化酶(CKX)活性;在剑叶凤尾蕨中,高浓度砷(200 mg/kg)胁迫使CKX活性显著下降。.(5)添加适当浓度IAA(30 mg/L)能显著增加两种植物的生物量和总砷含量。添加IAA能显著增加大叶井口边草叶片POD活性,改善根系活力,促进光合作用,同时增加了戊酸的分泌,从而有利于植物超量富集砷。添加0.5 mg/L激动素(KT)后,两种植物砷吸收量达到最大,并增加了大叶井口边草叶片POD的活性,增强其对砷的耐性。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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