文章摘要
刘泽伟,赖金龙,李俊柯,丁峰,张宇,罗学刚.铀对蚕豆幼苗光合特性和呼吸代谢的毒害机理[J].农业环境科学学报,2020,39(9):1916-1924.
铀对蚕豆幼苗光合特性和呼吸代谢的毒害机理
Toxic mechanism of uranium on photosynthetic characteristics and respiratory metabolism of Vicia faba L.
投稿时间:2020-04-07  
DOI:10.11654/jaes.2020-0390
中文关键词: 铀(U)  光合作用  呼吸代谢  转录组  蚕豆
英文关键词: uranium (U)  photosynthesis  respiratory metabolism  transcriptome  Vicia faba L.
基金项目:国民核生化灾害防护国家重点实验室公开基金项目(SKLNBC2019-21)
作者单位E-mail
刘泽伟 西南科技大学生命科学与工程学院, 四川 绵阳 621010
西南科技大学生物质材料教育部工程研究中心, 四川 绵阳 621010 
 
赖金龙 西南科技大学环境与资源学院, 四川 绵阳 621010
西南科技大学生物质材料教育部工程研究中心, 四川 绵阳 621010 
 
李俊柯 西南科技大学生命科学与工程学院, 四川 绵阳 621010
西南科技大学生物质材料教育部工程研究中心, 四川 绵阳 621010 
 
丁峰 西南科技大学生命科学与工程学院, 四川 绵阳 621010
西南科技大学生物质材料教育部工程研究中心, 四川 绵阳 621010 
 
张宇 西南科技大学生命科学与工程学院, 四川 绵阳 621010
西南科技大学生物质材料教育部工程研究中心, 四川 绵阳 621010 
zhangyu@swust.edu.cn 
罗学刚 西南科技大学生命科学与工程学院, 四川 绵阳 621010
西南科技大学生物质材料教育部工程研究中心, 四川 绵阳 621010 
 
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中文摘要:
      为探究铀(U)胁迫对植物光合作用和呼吸代谢的毒害作用,采用溶液培养法,用含有不同浓度铀(0、5、10、15、20、25μmol·L-1)的溶液处理蚕豆幼苗72 h后,通过组织切片和透射电镜观察根系结构的变化,并测定蚕豆幼苗的叶绿素含量、光合参数以及根系活力,另取高浓度铀处理组(U-25 μmol·L-1)与对照组(U-0 μmol·L-1)的根系进行转录组测序(RNA-seq)。结果表明:在不同浓度的铀胁迫下,铀向地上部的转移极少,其转移系数小于0.01,过量的铀累积明显破坏了根系的结构。此外,铀胁迫下蚕豆幼苗的光合效率降低,但根系活力增加。RNA-seq结果表明,与光合作用和呼吸代谢调控相关的基因中,共有117个基因差异表达,其中,光合作用中与光反应途径、卡尔文循环途径及光呼吸途径相关的基因表达以下调为主(90个DEGs;3个上调,87个下调);呼吸代谢中参与线粒体电子传递过程的相关基因表达以上调为主(27个DEGs;23个上调,4个下调)。研究表明,高浓度的铀胁迫抑制了蚕豆幼苗的光合作用,但增强了其根系的呼吸代谢,这可能是蚕豆对铀毒害的一种适应机制。
英文摘要:
      This study aims to explore the toxicity of uranium(U)stress on photosynthesis and respiratory metabolism in plants. In this experiment, seedlings of Vicia faba L. were treated with different concentrations of U(0, 5, 10, 15, 20 μmol·L-1 and 25 μmol·L-1)for 72 h. Physiological and biochemical analyses were conducted, and the roots of the high-concentration U treatment group and the control group were selected using RNA-seq. The results showed that under different concentrations of U stress, U rarely transferred to the aboveground part of the plant, its transfer coefficient was less than 0.01, and the excess U accumulation clearly damaged the root structure. In addition, the leaf photosynthetic efficiency of Vicia faba L. decreased, but the root activity increased under U stress. These processes are regulated by related genes. The results of transcriptome sequencing showed that there were 117 differentially expressed genes(DEGs)involved in photosynthesis and respiratory metabolism. The expression of photosynthesis-related genes was mainly down-regulated(90 DEGs, 3 up and 87 down), while that of respiratory metabolism-related genes was mainly up-regulated(27 DEGs; 23 up and 4 down). Therefore, this research shows that the photosynthesis of Vicia faba L. is inhibited and the respiration is enhanced under high-concentration U treatment.
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