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基本信息

主題：血紅素加氧酶誘導劑抑制BcIRT1轉錄降低小白菜Cd吸收

期刊：Environmental Pollution

影響因子：6.792

研究使用平臺：NMT重金屬創(chuàng)新平臺

標題：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：南京農業(yè)大學崔瑾、蘇娜娜

檢測離子/分子指標

Cd²⁺

檢測樣品

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

摘要

鎘（Cd）是農田中的主要污染物，不僅地限制了農作物的生產，而且通過進入食物鏈還會給人類健康帶來嚴重威脅。之前的研究表明，hemin處理可以減少小白菜幼苗中Cd的積累，然而其機制還不清楚。本研究使用非損傷微測技術（NMT）實時監(jiān)測小白菜根部Cd²⁺流速，證明hemin處理可以降低植物對Cd的吸收，而不是Cd在植物體內發(fā)生轉移。此外，研究通過比較小白菜幼苗、野生型擬南芥及heme oxygenase-1（HO-1）突變體對不同化學處理的反應，證據(jù)了hemin是以HO-1依賴的方式降低Cd的吸收。此外，對hemin降解產物的分析表明，hemin對Cd吸收抑制可能通過抑制菜根中Fe²⁺/Cd²⁺轉運體BcIRT1的表達來實現(xiàn)的。

離子/分子流實驗處理方法

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

②  3日齡幼苗用無、10 μM hemin或10 μM ZnPP預處理1 d，用20 μM CdCl₂處理20 min

③ 3日齡幼苗用無、10 μM Fe²⁺、10 μM CORM-3或10 μM BR預處理1 d，用20 μM CdCl₂處理20 min

離子/分子流實驗結果

采用NMT技術測定了小白菜根表面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⁺，在伸長區(qū)的內流速率高于成熟區(qū)（圖1E和G）。與對照組相比，氯化血紅素預處理顯著減少了Cd²⁺的內流，在伸長區(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的運輸。

圖1. Hemin預處理對小白菜根尖不同區(qū)域的Cd²⁺凈流速的影響

ZnPP預處理的小白菜幼苗根部Cd²⁺吸收速率在伸長區(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預處理對小白菜根尖不同區(qū)域的Cd²⁺凈流速的影響

如圖3所示，CO和Fe²⁺預處理顯著降低了根系伸長區(qū)和成熟區(qū)對Cd的吸收。與該結果一致的是，CO和Fe²⁺預處理的幼苗中積累的Cd較少（圖3）。相反，BR預處理呈現(xiàn)出與非預處理幼苗類似的Cd內流速率（圖3）。綜上，hemin降解的副產物CO和Fe²⁺可能是通過抑制Cd的吸收共同促進了Cd的耐受。

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

其他實驗結果

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

• 施用hemin并不影響Cd在整個植株體內的轉移系數(shù)（translocation factor）。

• ZnPP可以消除hemin對BcHO-1表達的誘導作用。

• hemin+ZnPP的預處理未能消除Cd脅迫的影響，至少沒有達到hemin單獨預處理的程度。因此，hemin在Cd耐受性中的積極作用很可能依賴于HO-1活性。

• hemin增強的HO-1依賴的Cd耐受性似乎在不同植物物種中具有保守性。

• hemin降解產物（CO、Fe²⁺和BR）對Cd脅迫下植物生長的保護作用可能與hemin相似。

• Cd脅迫和ZnPP預處理顯著誘導BcITR1轉錄，而hemin、Fe²⁺和CO預處理抑制了BcITR1的表達。

結論

本研究發(fā)現(xiàn)，外源hemin的施用通過HO-1依賴的方式減少Cd的吸收，提高了Cd的耐受性。抑制Cd的吸收可能是依賴hemin的副產物Fe²⁺和CO，通過抑制BcIRT1轉錄來實現(xiàn)的。

離子流實驗使用的測試液

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