硅抑制作物重金属毒害机制

        2014年底，华中农业大学王荔军课题组的研究成果A hemicellulose-bound form of silicon inhibits cadmium ion uptake in rice (Oryza sativa) cells在植物学领域的著名期刊New Phytologist上发表。这是该课题组在同一课题研究上，连续第二年在此期刊上发表文章。

        硅（Si），这一地壳中含量仅次于氧的元素，其对大多数高等植物而言，没有特别重要的意义。但2000年有报道称，Si可以提升植物对生物/非生物胁迫的抗性，其中Si可以抑制重金属镉（Cd）对水稻的毒害尤为引人注目。王荔军课题组通过前期的研究表明，Si可以与水稻细胞的细胞壁结合，形成一种 [Si-wall matrix]Cd的结构，从而抑制水稻细胞对Cd²⁺的吸收。

        本文同样以水稻悬浮细胞作为研究材料，在含有/不含有1 mM硅酸的培养液中培养一段时间后，利用非损伤微测技术（NMT）在不同浓度的Cd²⁺溶液中检测发现，Si预处理组相较于对照组，Cd²⁺吸收速率明显降低，这与先前的研究结果一致。研究还观察了Mn²⁺、Co²⁺、Cu²⁺分别存在的条件下，Si预处理组与对照组对Cd²⁺的吸收情况。结果显示，加入Mn²⁺、Co²⁺对Cd²⁺的流速并无影响，而加入Cu²⁺后，两组水稻细胞Cd²⁺的吸收速率均增加数倍。RT-qPCR结果表明，加入Cu²⁺后，Cd²⁺转运相关基因Nramp5表达显著上调。

        这一研究发现表明，Cd²⁺的吸收转运会受到其它二价金属离子的影响。其机制可能是Cu²⁺促使了Nramp5基因的表达，从而导致Cd²⁺吸收速率增大。此外Cd²⁺借用Cu²⁺通道、Cu²⁺激活Ca²⁺通道等，均是Cd²⁺吸收增加的潜在机制。NMT已经成为该课题研究的必要技术。

 

 

        图注：瞬时加入30 μM Cu²⁺后 ，水稻悬浮细胞Cd²⁺的流速。

        下载全文：C2015-003