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基本信息

主題：血紅素加氧酶誘導(dǎo)劑抑制BcIRT1轉(zhuǎn)錄降低小白菜Cd吸收

期刊：Environmental Pollution

影響因子：6.792

研究使用平臺(tái)：NMT重金屬創(chuàng)新平臺(tái)

標(biāo)題：Hemin-decreased cadmium uptake in pak choi (Brassica chinensis L.)seedlings is heme oxygenase-1 dependent and relies on its by-products ferrous iron and carbon monoxide

作者：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)崔瑾、蘇娜娜

檢測(cè)離子/分子指標(biāo)

Cd²⁺

檢測(cè)樣品

小白菜根伸長(zhǎng)區(qū)（距根尖8 mm根表上的點(diǎn)）和成熟區(qū)（距根尖16 mm根表上的點(diǎn)）

摘要

鎘（Cd）是農(nóng)田中的主要污染物，不僅地限制了農(nóng)作物的生產(chǎn)，而且通過(guò)進(jìn)入食物鏈還會(huì)給人類(lèi)健康帶來(lái)嚴(yán)重威脅。之前的研究表明，hemin處理可以減少小白菜幼苗中Cd的積累，然而其機(jī)制還不清楚。本研究使用非損傷微測(cè)技術(shù)（NMT）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小白菜根部Cd²⁺流速，證明hemin處理可以降低植物對(duì)Cd的吸收，而不是Cd在植物體內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)移。此外，研究通過(guò)比較小白菜幼苗、野生型擬南芥及heme oxygenase-1（HO-1）突變體對(duì)不同化學(xué)處理的反應(yīng)，證據(jù)了hemin是以HO-1依賴(lài)的方式降低Cd的吸收。此外，對(duì)hemin降解產(chǎn)物的分析表明，hemin對(duì)Cd吸收抑制可能通過(guò)抑制菜根中Fe²⁺/Cd²⁺轉(zhuǎn)運(yùn)體BcIRT1的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

離子/分子流實(shí)驗(yàn)處理方法

① 3日齡幼苗，10 μM hemin預(yù)處理1 d再用20 μM CdCl₂處理20 min（hemin/Cd），對(duì)照為僅用20 μM CdCl₂處理，不施加hemin預(yù)處理（-/Cd）

②  3日齡幼苗用無(wú)、10 μM hemin或10 μM ZnPP預(yù)處理1 d，用20 μM CdCl₂處理20 min

③ 3日齡幼苗用無(wú)、10 μM Fe²⁺、10 μM CORM-3或10 μM BR預(yù)處理1 d，用20 μM CdCl₂處理20 min

離子/分子流實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用NMT技術(shù)測(cè)定了小白菜根表面Cd²⁺流速的變化，探討了氯化血紅素（hemin）處理后，小白菜幼苗Cd含量是否由于Cd吸收減少而降低。在Cd脅迫下，小白菜根尖迅速吸收Cd²⁺，在伸長(zhǎng)區(qū)的內(nèi)流速率高于成熟區(qū)（圖1E和G）。與對(duì)照組相比，氯化血紅素預(yù)處理顯著減少了Cd²⁺的內(nèi)流，在伸長(zhǎng)區(qū)和成熟區(qū)分別平均減少17.4%和18.5%（圖1F和H）。因此，在Cd脅迫下，hemin處理降低了Cd的吸收，而不是Cd的運(yùn)輸。

圖1. Hemin預(yù)處理對(duì)小白菜根尖不同區(qū)域的Cd²⁺凈流速的影響

ZnPP預(yù)處理的小白菜幼苗根部Cd²⁺吸收速率在伸長(zhǎng)區(qū)和成熟區(qū)分別顯著提升了17.6%和6.5%（圖2）。

圖2.Hemin或ZnPP預(yù)處理對(duì)小白菜根尖不同區(qū)域的Cd²⁺凈流速的影響

如圖3所示，CO和Fe²⁺預(yù)處理顯著降低了根系伸長(zhǎng)區(qū)和成熟區(qū)對(duì)Cd的吸收。與該結(jié)果一致的是，CO和Fe²⁺預(yù)處理的幼苗中積累的Cd較少（圖3）。相反，BR預(yù)處理呈現(xiàn)出與非預(yù)處理幼苗類(lèi)似的Cd內(nèi)流速率（圖3）。綜上，hemin降解的副產(chǎn)物CO和Fe²⁺可能是通過(guò)抑制Cd的吸收共同促進(jìn)了Cd的耐受。

圖3. Fe²⁺、10 μM CORM-3或10 μM BR預(yù)處理對(duì)小白菜根尖不同區(qū)域的Cd²⁺凈流速的影響

其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果

• 與單純Cd處理相比，hemin+Cd的處理顯著降低了所有被測(cè)組織（地上部分、莖、葉等）中的Cd濃度。

• 施用hemin并不影響Cd在整個(gè)植株體內(nèi)的轉(zhuǎn)移系數(shù)（translocation factor）。

• ZnPP可以消除hemin對(duì)BcHO-1表達(dá)的誘導(dǎo)作用。

• hemin+ZnPP的預(yù)處理未能消除Cd脅迫的影響，至少?zèng)]有達(dá)到hemin單獨(dú)預(yù)處理的程度。因此，hemin在Cd耐受性中的積極作用很可能依賴(lài)于HO-1活性。

• hemin增強(qiáng)的HO-1依賴(lài)的Cd耐受性似乎在不同植物物種中具有保守性。

• hemin降解產(chǎn)物（CO、Fe²⁺和BR）對(duì)Cd脅迫下植物生長(zhǎng)的保護(hù)作用可能與hemin相似。

• Cd脅迫和ZnPP預(yù)處理顯著誘導(dǎo)BcITR1轉(zhuǎn)錄，而hemin、Fe²⁺和CO預(yù)處理抑制了BcITR1的表達(dá)。

結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，外源hemin的施用通過(guò)HO-1依賴(lài)的方式減少Cd的吸收，提高了Cd的耐受性。抑制Cd的吸收可能是依賴(lài)hemin的副產(chǎn)物Fe²⁺和CO，通過(guò)抑制BcIRT1轉(zhuǎn)錄來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

離子流實(shí)驗(yàn)使用的測(cè)試液

0.02 mM CdCl₂ , 0.1 mM KCl , 0.3 mM MES , pH 6.0