硼提高油菜根系鎘毒耐受性機理
硼提高油菜地上部鎘毒耐受性的生理機制
南方稻油輪作區(qū)為糧油作物生產(chǎn)提供了得天獨厚的氣候、土壤條件，但是該區(qū)域酸性土壤存在有效硼含量低和鎘含量超標等障礙因子。甘藍型油菜（Brassica napus L.）具有較大的生物量和較強的重金屬吸收能力，并且鎘轉(zhuǎn)移到菜籽油中的比例極低，不影響其品質(zhì)安全，所以油菜在土壤鎘污染修復(fù)方面具有較高的應(yīng)用潛力。硼對于維持正常的細胞壁結(jié)構(gòu)和功能有非常重要的作用，細胞壁又是植物應(yīng)對鎘毒害重要的細胞組分，故推測硼對細胞壁結(jié)構(gòu)和各物質(zhì)組分的影響必然參與細胞壁對鎘的阻隔和吸附固定，進而提高油菜的鎘毒耐受性，發(fā)揮土壤鎘污染生物修復(fù)潛力。
近日，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)張振華老師課題組在中科院一區(qū)國際頂尖期刊Science of the Total Environment （5年影響因子5.73）發(fā)文 “Boron alleviates cadmium toxicity in Brassica napus by promoting the chelation of cadmium onto the root cell wall components” 。闡明了硼對油菜根系細胞壁果膠固定鎘能力的提高是促進油菜耐受鎘毒的根本原因。本課題測定了鎘脅迫下不同施硼水平對根系細胞壁各組分含量及各組分鎘含量，發(fā)現(xiàn)施硼顯著促進了細胞壁不同形態(tài)果膠含量、果膠去甲基化程度和果膠鎘含量，尤其是共價結(jié)合態(tài)果膠，這說明細胞壁共價結(jié)合態(tài)果膠可溶性果膠對鎘的固定可能是硼促進油菜根系鎘毒耐受性的主要生理原因。通過對相關(guān)酶活性測定、代謝組合轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)鎘脅迫下施硼影響了根細胞壁果膠的合成代謝途徑及去甲基化過程，使細胞壁對鎘具有更強的固定能力。
該課題組同時在中科院一區(qū)國際頂尖期刊Environmental Pollution （5年影響因子6.15）發(fā)表的姊妹篇 “Boron mitigates cadmium toxicity to rapeseed （Brassica napus） shoots by relieving oxidative stress and enhancing cadmium chelation onto cell walls” 揭示了硼對油菜地上部細胞壁離子結(jié)合態(tài)果膠含量和去甲基酯化度的提高是促進油菜地上部細胞壁固定鎘，進而促進油菜鎘毒下生長潛力的根本原因。
綜上所述，通過對鎘脅迫下施硼對油菜生理基礎(chǔ)、代謝途徑和轉(zhuǎn)錄水平的研究，明確了硼對油菜細胞壁果膠結(jié)合鎘能力的提高是促進油菜耐受鎘毒、保持生長潛力的重要原因。
張振華老師課題組一直致力于稻油輪作體系下糧油作物養(yǎng)分高效和適應(yīng)非生物脅迫的生物學(xué)機制研究，該系列最新成果為油菜作為南方稻油輪作區(qū)土壤鎘污染生物修復(fù)作物提供了理論支撐和技術(shù)支持。這兩篇文章第一作者均為我校吳秀文博士，通訊作者為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)張振華教授；官春云院士，以及資源環(huán)境學(xué)院宋海星教授為文章共同作者。文章得到國家重點研發(fā)計劃項目，湖南省創(chuàng)新群體項目，國家油菜產(chǎn)業(yè)體系等項目資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138833
https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114546
地區(qū)：
魯公網(wǎng)安備 37060202000128號
