S-烯丙基-L-半胱氨酸缓解水稻种子幼根和幼芽镉胁迫机制

土壤Cd污染对水稻种子萌发和植株生长发育都具有毒害作用,最终可能导致稻谷产量下降及Cd含量超标.本文采用种子萌发试验研究了来源于大蒜提取物的天然含硫有机化合物S-烯丙基-L-半胱氨酸(SAC)缓解水稻种子幼根和幼芽Cd2+胁迫的潜在机制.本试验过程中选用我国南方稻区主栽水稻品种"中早35"种子作为试验材料,首先研究了SAC对水稻种子幼根和幼芽Cd2+胁迫的缓解效应;在此基础上,通过研究SAC对种子幼根和幼芽生理生化系统及Cd含量影响,探索了SAC缓解水稻种子幼根和幼芽Cd2+胁迫的生理机制;利用实时荧光定量PCR技术研究了SAC对水稻Cd转运蛋白编码基因表达水平的影响,探讨了SAC缓解Cd2+胁迫的分子机制.结果 表明,当Cd2+胁迫浓度达到50 μmol· L-1时水稻种子幼根和幼芽发育会受到显著抑制;当SAC添加浓度达到200 μmol·L-时,幼根的总根长、根表面积和根体积与50 μmol·L-Cd2胁迫处理组相比分别增加173.5％、65.52％和37.04％;幼根和幼芽中CAT、SOD活性分别增加212.42％、110.76％和31.41％、47.31％;幼根和幼芽中MDA、GSH含量分别降低43.09％、34.12％和33.97％、35.74％;幼根和幼芽中Cd含量分别降低35.91％、28.86％.实时荧光定量PCR分析结果表明,添加SAC处理后Cd转运蛋白编码基因OsNramp5和OsHMA2的相对表达量与Cd2+胁迫处理组相比分别显著降低了33.38％和34.99％,OsHMA3的相对表达量与Cd2+胁迫处理组相比显著升高了33.96％.由以上试验结果可见,SAC降低水稻幼根和幼芽Cd2+胁迫的主要机制是SAC调控了Cd转运蛋白编码基因的表达水平,降低了Cd向幼根和幼芽中的转运,同时增加了Cd向液泡中的转运.