论文题目：纳米硒缓解甘蓝型油菜镉胁迫的调控机理与内生菌群研究
摘要：由于各种人为活动,镉已成为环境中广泛存在的重金属污染物,对生态系统和人类健康造成严重威胁。镉可破坏细胞的氧化还原稳态,产生高水平的活性氧,导致重要细胞通路严重受损,最终导致细胞死亡。镉易被植物根系吸收并输送到茎部,并通过食物链的积累进入人体,并严重损害人类健康。因此,研究镉在土壤和植物中的生物学效应及镉污染治理与控制技术,对植物和人类都有重要意义。硒被公认为动物和人类必需的微量元素之一,其在缓解镉胁迫的有益作用已被证实,但其机制尚不清楚。另一方面,先前的研究基本上都是关注于硒酸盐和亚硒酸盐的,然而它们在高浓度时是有毒的。生物发酵的纳米硒具有良好的环境友好性和优越的生物特性,目前关于纳米硒颗粒如何影响植物在镉胁迫条件下的生长则很少被报道。本研究选择甘蓝型油菜为受试对象,对比研究了亚硒酸钠和纳米零价硒两种硒源对油菜镉胁迫的缓解。本文主要的研究内容及结果如下:（1）通过检测甘蓝型油菜的生长、镉含量、氧化损伤和抗氧化能力,解析了纳米硒和亚硒酸钠对镉胁迫下植物生长的影响。结果表明叶面喷施纳米硒或低浓度亚硒酸钠可显著提高甘蓝型油菜的生物量、根系活性和叶绿素含量水平,降低根冠比,使叶片表面的蜡质层得到一定程度的恢复。同时降低了甘蓝型油菜地上部分的镉积累,提高抗氧化酶的活性,降低细胞内超氧阴离子和过氧化氢的含量,减少植物细胞的脂质过氧化程度。（2）通过转录组测序、加权共聚合网络分析、荧光定量PCR分析结合GO功能注释、KEGG代谢通路富集分析、Mapman通路注释可视化筛选出亚硒酸钠和纳米硒缓解甘蓝型油菜镉胁迫的关键基因,解析了亚硒酸钠和纳米硒缓解甘蓝型油菜镉胁迫的机理:纳米硒可以抑制NADPH氧化酶（BnaRBOHC、BnaRBOHD1和BnaRBOHF1）和乙醇酸氧化酶（BnaGLO）的表达,降低镉诱导的活性氧含量,从而减少了氧化蛋白和膜脂损伤。此外,纳米硒通过减少镉积累,维持细胞内钙稳态,促进二硫键的形成,恢复叶片表面的蜡质外层来提高对镉胁迫的抵抗力。（3）通过内生菌测序分析镉胁迫下纳米硒对油菜内生菌群落及油菜的协同调控。结果显示:镉的添加显著降低了除变形菌门以外的内生菌群相对丰度,严重影响内生菌群落的多样性。外源硒添加显著改变了植物内生菌群落的具体组成和多样性,镉耐受菌替代不耐受菌。外源硒添加在一定程度上恢复了拟杆菌门和放线菌门的相对丰度并提高了植物生长促进菌的相对丰度。纳米硒接种能够在不造成生态破坏的前提下,通过改善油菜内部微生态环境,有效地降低镉对甘蓝型油菜生长的负面影响。
关键词：镉胁迫;氧化损伤;活性氧;转录组;内生菌
学科专业：环境科学与工程
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 镉污染及其治理
1.1.1 镉对植物的毒性
1.1.2 土壤中镉的治理
1.2 硒对农业生产的作用
1.2.1 硒的形态
1.2.2 硒对植物中镉的拮抗作用
1.2.3 纳米硒对植物的友好性
1.3 植物内生菌概述
1.4 课题内容及实际意义
第二章 纳米硒对镉胁迫下油菜的生理生化影响
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 主要实验材料、化学试剂与仪器
2.2.2 纳米硒的制备及表征
2.2.3 植物生长及Cd-Se暴露实验
2.2.4 生长指标及形态学分析
2.2.5 组织镉含量的测定
2.2.6 氧化损伤及抗氧化物酶活性的测定
2.2.7 统计分析
2.3 结果与讨论
2.3.1 纳米硒的表征
2.3.2 纳米硒与亚硒酸钠对油菜生理生长的影响
2.3.3 纳米硒与亚硒酸钠对油菜镉积累的影响
2.3.4 纳米硒与亚硒酸钠对油菜ROS积累和清除的影响
2.4 本章小结
第三章 纳米硒缓解镉胁迫的机理研究
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 主要实验材料、试剂与仪器
3.2.2 植物生长及Cd-Se暴露实验
3.2.3 RNA提取、测序和分析
3.2.4 加权共表达网络分析(WGCNA)
3.2.5 RT-qPCR
3.3 结果与讨论
3.3.1 油菜对Cd-Se暴露的转录学响应
3.3.2 纳米硒缓解镉胁迫的关键基因
3.3.3 纳米硒通过提高基础代谢缓解镉胁迫
3.3.4 纳米硒通过抑制呼吸爆发缓解镉胁迫
3.3.5 纳米硒通过清除ROS缓解镉胁迫
3.4 本章小结
第四章 纳米硒对镉胁迫下油菜内生菌协同调控的影响研究
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 主要实验材料、化学试剂与仪器
4.2.2 植物生长及Cd-Se暴露实验
4.2.3 高通量测序
4.3 结果与讨论
4.3.1 内生菌群落的丰富度及多样性
4.3.2 内生菌的群落结构及功能预测
4.3.3 内生菌群落变化的驱动因素
4.3.4 油菜与内生菌的互作网络分析
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢