海滨雀稗镉胁迫响应的代谢组学分析
镉世界上最严重污染的重金属之一，严重抑制植物的生长发育，海滨雀稗具有较强的耐镉性能，研究海滨雀稗耐镉代谢生理生化机制，可为利用海滨雀稗进行土壤修复提供理论依据。本研究以海滨雀稗‘Seaspray’为材料，在镉胁迫条件下，分析海滨雀稗代谢组分的差异。结果表明在海滨雀稗叶片中，受镉胁迫显著影响的物质有有机酸类6种，糖类10种，醇类2种，氨基酸类1种；而在根系中，受镉胁迫显著影响的物质有有机酸类10种，糖类13种，醇类3种，其他类7种。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法2
1.1实验材料 2
1.2实验方法 2
1.2.1样品处理3
1.2.2代谢组分的提取3
1.2.3代谢组分的衍生化3
1.2.4代谢组分的测定3
2结果与分析4
2.1代谢组分种类4
2.1.1镉胁迫对海滨雀稗叶片代谢组分的影响5
2.1.1.1镉胁迫对海滨雀稗叶片中有机酸类物质含量的影响5
2.1.1.2镉胁迫对海滨雀稗叶片中糖类物质含量的影响6
2.1.1.3镉胁迫对海滨雀稗叶片中醇类物质含量的影响9
2.1.1.4镉胁迫对海滨雀稗叶片中氨基酸类物质含量的影响9
2．1．2 镉胁迫对海滨雀稗根系代谢组分的影响9
2.1.2.1镉胁迫对海滨雀稗根系中有机酸类物质含量的影响9
2.1.2.2镉胁迫对海滨雀稗根系中糖类物质含量的影响12
2.1.2.3镉胁迫对海滨雀稗根系中醇类物质含量的影响13
2.1.2.4镉胁迫对海滨雀稗根系中其他类物质含量的影响14
3讨论 15
致谢16
参考文献16
海滨雀稗镉胁迫响应的代谢组学分析
引言
重金属镉对植物产生很强的毒害作用。植株受到镉毒害通常表现出叶片发黄褪绿现象，严重情况下叶片变脆、萎缩，叶绿素严重缺乏，叶脉组织呈酱紫色，和缺铁症状相同；此外，Cd 还能造成生理障碍，表现为植株根系 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
生长受到抑制、植株矮小；较高浓度的镉能够诱导植物产生大量活性氧等自由基，对细胞膜、核酸和蛋白等会产生破坏作用，严重时能导致细胞死亡[1]。
Cd抑制植物生长主要表现在抑制细胞正常分裂和伸长[2]。Cd处理下细胞分裂周期将延长，导致细胞分裂间期延长，分裂期缩短。同时，Cd处理浓度高时，细胞分裂指数将下降。研究表明，Cd通过影响钙调蛋白参与纺锤丝微管蛋白的装配和拆卸进而阻止细胞的有丝分裂[3]。此外，Cd可直接与DNA碱基结合，导致核酸的空间结构变化、染色体异常，甚至直接影响细胞分裂DNA的活性，抑制DNA的合成[4]。
Cd对植物光合作用的影响是一个复杂的过程。Cd对植物光合作用的影响有三个方面。首先，Cd使植物叶片光合色素含量降低，特别是叶绿素含量。其次，当植物受到Cd中毒时，内基质片层消失在叶绿体中，捕获光的能力下降。再次，光合系统也会受到Cd的损害，如光合循环中的相关酶被抑制，同时PSn和光合磷酸化被阻断，最终影响ATP的合成。Cd的破坏机制通常被认为是以下三个方面：（1）Cd间接通过拮抗作用干扰植物对Mg，Fe，Mn，Zn等营养物质的吸收、转运，造成运输不良，使植物丧失合成叶绿素的能力；（2）Cd胁迫下叶绿素合成所需氨基乙酰丙酸和叶绿素还原酶的活性降低，叶绿素合成受阻，叶绿素酶活性增加，叶绿素分解加快；（3）Cd可以引起叶绿素降解，因为Cd可以引起叶绿体氧自由基增加，使叶绿体膜系统受损（与蛋白质上的SH或替代其中的Zn2 +，Fe2+等）[5]。通过电子显微镜观察叶绿体超微结构发现Cd处理后叶绿体结构发生明显变化。在Cd处理时无基质片层，基粒片层缺失，剩余的混乱堆叠，许多大的脂类出现在叶绿体中。
Cd 能够降低植物呼吸作用通过抑制与呼吸作用相关酶的活性。此外，Cd可以通过破坏植物细胞中的线粒体结构来抑制植物的呼吸。Cd还可以减少植物对硝酸盐的吸收和向地上部分的运输，这是通过抑制植物地上部分的硝酸还原酶活性来实现的[6]。此外，Cd 胁迫还能抑制大豆(Glycine max)根瘤中氮的固定和氨基酸的吸收[7]。通过减少植物对氮的吸收，Cd可以阻碍植物中蛋白质的合成。在抑制植物体内蛋白质合成的同时，Cd也会诱导一些与耐镉密切相关的特殊蛋白质的合成，如逆境蛋白类、抗氧化酶类、植物鳌合肽（Phytochelatins，PCs）类和金属硫蛋白（Metallothionein，MTs）类。Cd胁迫下植物细胞中的DNA可转录形成特异的mRNA，这些mRNA可参与调节逆境蛋白的合成。不同物种的镉胁迫可诱导产生大量不同逆境蛋白，分子量一般在1000070000Da之间。Cd中毒产生的变性蛋白构象被Cd诱导产生的逆境蛋白改变，维持细胞正常代谢，提高植物的耐镉性。
海滨雀稗对镉有较高的耐受阈值[8]。本研究拟用海滨雀稗为材料，利用代谢组学方法分析海滨雀稗耐镉生理生化机制，为镉污染地区草坪草建植管理提供理论指导。
1 材料与方法
1．1 实验材料
海滨雀稗‘seaspray’，取自大学白马实验实践教学基地草业实验地。
1．2 实验方法
取海滨雀稗茎段若干，每个茎段保留23个茎节，固定在均匀打孔的泡沫板上，共10板；置于Hoagland培养液中进行水培，室内温度30℃，光照时间12 h，光照强度662 μmol m2 s1，期间每周更换一次培养液；将将培养材料分为两组，一组用含1mmol L1 CdCl2的Hoagland培养液处理，另一组为平行对照，分别在处理的1、3、10 d取足量的根和叶片，4次重复；将取得的样品用液氮冻存。
1．2．1 样品处理
将冻存后的样品用置于冻干机冻干，将冻干的根和叶研磨过筛后，放入离心管中。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法2
1.1实验材料 2
1.2实验方法 2
1.2.1样品处理3
1.2.2代谢组分的提取3
1.2.3代谢组分的衍生化3
1.2.4代谢组分的测定3
2结果与分析4
2.1代谢组分种类4
2.1.1镉胁迫对海滨雀稗叶片代谢组分的影响5
2.1.1.1镉胁迫对海滨雀稗叶片中有机酸类物质含量的影响5
2.1.1.2镉胁迫对海滨雀稗叶片中糖类物质含量的影响6
2.1.1.3镉胁迫对海滨雀稗叶片中醇类物质含量的影响9
2.1.1.4镉胁迫对海滨雀稗叶片中氨基酸类物质含量的影响9
2．1．2 镉胁迫对海滨雀稗根系代谢组分的影响9
2.1.2.1镉胁迫对海滨雀稗根系中有机酸类物质含量的影响9
2.1.2.2镉胁迫对海滨雀稗根系中糖类物质含量的影响12
2.1.2.3镉胁迫对海滨雀稗根系中醇类物质含量的影响13
2.1.2.4镉胁迫对海滨雀稗根系中其他类物质含量的影响14
3讨论 15
致谢16
参考文献16
海滨雀稗镉胁迫响应的代谢组学分析
引言
重金属镉对植物产生很强的毒害作用。植株受到镉毒害通常表现出叶片发黄褪绿现象，严重情况下叶片变脆、萎缩，叶绿素严重缺乏，叶脉组织呈酱紫色，和缺铁症状相同；此外，Cd 还能造成生理障碍，表现为植株根系 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
生长受到抑制、植株矮小；较高浓度的镉能够诱导植物产生大量活性氧等自由基，对细胞膜、核酸和蛋白等会产生破坏作用，严重时能导致细胞死亡[1]。
Cd抑制植物生长主要表现在抑制细胞正常分裂和伸长[2]。Cd处理下细胞分裂周期将延长，导致细胞分裂间期延长，分裂期缩短。同时，Cd处理浓度高时，细胞分裂指数将下降。研究表明，Cd通过影响钙调蛋白参与纺锤丝微管蛋白的装配和拆卸进而阻止细胞的有丝分裂[3]。此外，Cd可直接与DNA碱基结合，导致核酸的空间结构变化、染色体异常，甚至直接影响细胞分裂DNA的活性，抑制DNA的合成[4]。
Cd对植物光合作用的影响是一个复杂的过程。Cd对植物光合作用的影响有三个方面。首先，Cd使植物叶片光合色素含量降低，特别是叶绿素含量。其次，当植物受到Cd中毒时，内基质片层消失在叶绿体中，捕获光的能力下降。再次，光合系统也会受到Cd的损害，如光合循环中的相关酶被抑制，同时PSn和光合磷酸化被阻断，最终影响ATP的合成。Cd的破坏机制通常被认为是以下三个方面：（1）Cd间接通过拮抗作用干扰植物对Mg，Fe，Mn，Zn等营养物质的吸收、转运，造成运输不良，使植物丧失合成叶绿素的能力；（2）Cd胁迫下叶绿素合成所需氨基乙酰丙酸和叶绿素还原酶的活性降低，叶绿素合成受阻，叶绿素酶活性增加，叶绿素分解加快；（3）Cd可以引起叶绿素降解，因为Cd可以引起叶绿体氧自由基增加，使叶绿体膜系统受损（与蛋白质上的SH或替代其中的Zn2 +，Fe2+等）[5]。通过电子显微镜观察叶绿体超微结构发现Cd处理后叶绿体结构发生明显变化。在Cd处理时无基质片层，基粒片层缺失，剩余的混乱堆叠，许多大的脂类出现在叶绿体中。
Cd 能够降低植物呼吸作用通过抑制与呼吸作用相关酶的活性。此外，Cd可以通过破坏植物细胞中的线粒体结构来抑制植物的呼吸。Cd还可以减少植物对硝酸盐的吸收和向地上部分的运输，这是通过抑制植物地上部分的硝酸还原酶活性来实现的[6]。此外，Cd 胁迫还能抑制大豆(Glycine max)根瘤中氮的固定和氨基酸的吸收[7]。通过减少植物对氮的吸收，Cd可以阻碍植物中蛋白质的合成。在抑制植物体内蛋白质合成的同时，Cd也会诱导一些与耐镉密切相关的特殊蛋白质的合成，如逆境蛋白类、抗氧化酶类、植物鳌合肽（Phytochelatins，PCs）类和金属硫蛋白（Metallothionein，MTs）类。Cd胁迫下植物细胞中的DNA可转录形成特异的mRNA，这些mRNA可参与调节逆境蛋白的合成。不同物种的镉胁迫可诱导产生大量不同逆境蛋白，分子量一般在1000070000Da之间。Cd中毒产生的变性蛋白构象被Cd诱导产生的逆境蛋白改变，维持细胞正常代谢，提高植物的耐镉性。
海滨雀稗对镉有较高的耐受阈值[8]。本研究拟用海滨雀稗为材料，利用代谢组学方法分析海滨雀稗耐镉生理生化机制，为镉污染地区草坪草建植管理提供理论指导。
1 材料与方法
1．1 实验材料
海滨雀稗‘seaspray’，取自大学白马实验实践教学基地草业实验地。
1．2 实验方法
取海滨雀稗茎段若干，每个茎段保留23个茎节，固定在均匀打孔的泡沫板上，共10板；置于Hoagland培养液中进行水培，室内温度30℃，光照时间12 h，光照强度662 μmol m2 s1，期间每周更换一次培养液；将将培养材料分为两组，一组用含1mmol L1 CdCl2的Hoagland培养液处理，另一组为平行对照，分别在处理的1、3、10 d取足量的根和叶片，4次重复；将取得的样品用液氮冻存。
1．2．1 样品处理
将冻存后的样品用置于冻干机冻干，将冻干的根和叶研磨过筛后，放入离心管中。
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