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中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所研究揭示兩個(gè)全國(guó)主栽煙草品種鎘耐性機(jī)制的差異

2023年07月20日 來源:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所網(wǎng)站 作者:劉海偉
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近日,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所煙草智慧農(nóng)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)對(duì)比了全國(guó)主栽煙草品種“中煙100”與“K326”對(duì)重金屬鎘的吸收動(dòng)力學(xué)、轉(zhuǎn)運(yùn)富集和解毒機(jī)制的差異,相關(guān)研究成果發(fā)表于《生態(tài)毒理學(xué)與環(huán)境安全(Ecotoxicology and Environmental Safety)》(JCR一區(qū),IF2022=6.8)上。

鎘(Cd)是環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較大的重金屬元素,植物對(duì)其耐性和解毒機(jī)制是近年研究熱點(diǎn)之一,煙草因?qū)d具有較強(qiáng)的耐性而受到國(guó)內(nèi)外研究者關(guān)注。該團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn),“中煙100”和“K326”根、莖、葉和木質(zhì)部汁液中Cd吸收濃度動(dòng)力學(xué)符合米氏方程。相較“中煙100”,“K326”表現(xiàn)出高生物量、高Cd耐性和轉(zhuǎn)運(yùn)積累能力。六種化學(xué)形態(tài)中,水、氯化鈉和乙酸提取態(tài)是兩個(gè)煙草品種Cd的主要賦存形態(tài)。根部乙酸提取態(tài)Cd占比較高,即難溶性重金屬磷酸鹽二代磷酸鹽[M(HPO4)n]和[M(HPO4)n]等是煙草Cd的主要存貯和解毒形態(tài);葉部隨著Cd處理濃度提高,氯化鈉提取態(tài)的Cd(包括提取果膠鹽、與蛋白質(zhì)結(jié)合態(tài)或呈吸著態(tài))成為主要存貯形態(tài);而莖部水提取態(tài)的Cd比例最高,即水溶性有機(jī)酸鹽、重金屬一代磷酸鹽[M(HPO4)n],是煙草Cd的主要轉(zhuǎn)運(yùn)形態(tài),在高Cd濃度處理時(shí)也可作為“K326”的貯存形態(tài)。另外,乙醇提取態(tài)(硝酸鹽、氯化物為主的無機(jī)鹽以及氨基酸鹽)也對(duì)“K326”葉片中的貯存與耐性有顯著的貢獻(xiàn)。對(duì)于亞細(xì)胞分布,>93%的Cd主要貯存在植物含核糖體的可溶性組分和細(xì)胞壁組分,說明液泡和細(xì)胞壁的區(qū)隔化作用是煙草Cd耐性和解毒的主要途徑?!癒326”根細(xì)胞壁部分中Cd的比例較高,而“中煙100”葉液泡中Cd比例較高。這些結(jié)果為不同煙草品種Cd積累模式、解毒和貯存策略的差異提供了更深入的理解,對(duì)Cd低積累或超富集種質(zhì)資源的篩選、育種或分子改良也有一定的指導(dǎo)意義。

煙草所劉海偉副研究員為論文第一作者,劉海偉副研究員和石屹研究員為共同通訊作者。該研究得到了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程、公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)等項(xiàng)目資助。

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