王璐 庞铎 林宇剑王璐 庞铎 林宇剑指导老师 王海鸥 时国庆 指导老师 王海鸥 时国庆

化学与生物工程学院 生技化学与生物工程学院 生技 09010901 班班

添加磷酸盐后重金属镉和砷添加磷酸盐后重金属镉和砷对水稻相关解毒基因表达的影响对水稻相关解毒基因表达的影响

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目录

项目选题背景和项目意义

项目实施情况

项目创新点

下一步研究方向

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项目选题背景和项目意义

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项目选题背景和项目意义

镉、砷污染毒性强、难治理、后果严重，是我国和其他一些国家环境污染的头等难题。“十二五”规划的高调出台，意味着重金属污染问题正式回归国家议题，相关基础和应用研究将迎来新的前景。

水稻是我国的主要粮食作物，近年来稻田受砷污染日趋严重，稻田频繁的排灌过程会加速污染的扩张，解决砷污染问题迫在眉睫。

镉会影响水分的吸收并引起植物根部损伤，对植物的光合作用和呼吸作用都有很大的消极影响。土壤和水体的镉污染造成的后果非常严重。“镉大米”、浏阳镉污染事件、广西龙江镉浓度超标事件等连连为我们敲响警钟。

因此，研究水稻镉、砷污染的机理并制定相应的对策具有十分重要的意义。

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项目实施情况

植物重金属解毒机制

项目研究方案

核心研究方法

研究结论

经费使用情况

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植物吸收重金属的过程

根际活化、觅食

木质部装载和运输

木质部卸载到叶细胞

根际跨膜运输

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本项目涉及的植物的重金属解毒分子机理

植物细胞细胞外

液泡转运蛋白 '重金属

转运蛋白

诱导胞内抗逆响应

直接螯合： PCs （ GSHⅠGSH PCSⅡ ） GSH （ GSH Ⅰ GSH GSTⅡ ）

氧自由基升高诱导抗氧化系统响应

抗氧化物 AsA （ APX DHAR MDHAR ）

抗氧化酶（ POD CAT ）

其他胞内响应 HSP

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本实验涉及的植物重金属解毒相关基因一览

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GSH 可直接结合重金属，也可继续合成 PCs ，还在 AsA 代谢中起作用

GSH 结合重金属

PCs 可螯合重金属离子，减少其对细胞代谢的影响 GSH 及 PCs 的体内合成

GSH 与 PCs

GLu

CysGSHⅠ/γ-ECS/GCS

ATPγ-GLu-Cys

GLyGSH /GSⅡ

GSHPCS PCs[ γ-Glu-Cys] n-Gly

( n = 2~11)

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抗氧化系统

抗氧化物：抗坏血酸及其代谢相关酶 过氧化氢（ H202 ）是一种活性氧，生成高度活泼的羟基自由基 (-OH) 。 -OH 能氧化几乎所有的细胞组分，并引起细胞的破坏。 抗坏血酸为电子供体的 H202 的清除剂。

抗氧化酶 ： POD( 过氧化物酶 ) CAT （过氧化氢酶） 清除胁迫条件下产生的活性氧

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项目研究方案

半定量 RT-

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核心研究方法

半定量 RT-PCR

近年来常用的一种简捷、快速、特异的 RNA定量测定方法，通过 mRNA反转录成 cDNA，再以适当的管家基因作为内参进行PCR扩增，并测定 PCR产物的数量，可以推测样品中特异 mR

NA的相对数量。

合适的循环数是 PCR半定量方法的关键因素之一

半定量 RT-PCR模版量、循环数与产物量之间的关系

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研究结论

1 半定量 RT-PCR 检测基因的表达选定各基因均在胁迫中发生了表达调节，但在有磷 /无磷及重金属梯度浓度胁迫条件下其表达调节的变化规律有所不同

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附：电泳结果整理

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研究结论

2 水稻根、叶的平均长度的测定总体：在 8组有磷 /无磷组

幼苗中，有 6组苗和根的长度随着砷、镉浓度的增加而下降，说明水稻幼苗的生长极易受到砷和镉的抑制。

苗长：有磷组水稻苗长均低于无磷组，且磷的存在（ 5μM）对水稻苗长的影响要高于As/Cd的浓度梯度差异（ 25μM）对其的影响。

根长 :有磷组与无磷组虽然有明显差异，但磷的作用并不是单一的协同或拮抗，而是在低重金属浓度下增添磷促进根的伸长，而在高重金属浓度下增添磷则抑制根的伸长，在磷浓度为 5μM时， As和 Cd的临界浓度分别在 0~25μM和 25~50μM之间。

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研究结论

3 水稻根、叶中砷、镉的含量随着 As/Cd浓度的增加，

根和叶中 As/Cd 的含量均增加，且上升趋势明显。

根中的重金属含量远高于叶中的含量（ AS： 4-6倍， Cd:10倍）。这是因为根是植物吸收重金属元素的主要部位，叶中的 As 离子主要依靠根的传导作用实现。

随着 As 浓度的变化，同样浓度的磷在水稻根和苗中呈现低 As 浓度下降低 As吸收、高 As 浓度下增强 As吸收的趋势，但作用并不十分明显， As浓度临界值介于25~50μM之间。在 Cd 胁迫中，叶中该 Cd 浓度临界值为 0~25μM ，而根中没有出现这一临界值，推测该临界值存在且应超过 50μM 。

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天根 DP432-RNA 核酸提取试剂盒（ 50 次） 1280 元 Fermentas RevertAid First Strand cDNA Synthesis 试剂盒（ 100

次） 1930 元 上海生工即用 PCR 扩增试剂盒 (Pfu) 135 元 PCR 引物 550 元 其他常用试剂 550 元 总计： 4445 元

经费使用情况

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项目创新点

从基因层面而不仅是生理学层面探索水稻对重金属元素的解毒过程。

在有磷 /无磷条件下比较水稻重金属解毒相关基因的表达变化情况，不仅得到了水稻分别在不同浓度的砷和镉胁迫下的响应，而且得到了这两种元素在有磷和无磷条件下响应的不同。

提出有磷 /无磷和重金属的浓度梯度变化对水稻基因表达、根长苗长和重金属离子含量的影响并不是单一的协同或拮抗，而是存在一个临界值。

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下一步研究方向

优化 PCR 条件（引物、 Mg2+ 浓度、 Tm 值、循环数等），得出半定量 RT-PCR 尚未得到结果的基因的 PCR 结果胁迫 As Cd

组别 有磷组（ 5μM ）

无磷组 有磷组（ 5μM ） 无磷组

暂无结果 GST CAT GST 除 PCs

寻找新的与植物重金属解毒有关的基因，并试图梳理它们在表达上的相互关系，进一步从分子层面阐释植物重金属解毒机理

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