| 题名 | 双孢蘑菇（Agaricus bisporus）对土壤镉胁迫的 抗性机制研究 |
| 作者 | 何海燕 |
| 答辩日期 | 2020 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 张丹 |
| 关键词 | 双孢蘑菇 镉胁迫 吸附特征 组学 抗性机制 |
| 学位名称 | 博士 |
| 其他题名 | Resistance mechanism of Agaricus bisporus to cadmium stress in soil |
| 学位专业 | 土壤学 |
| 英文摘要 | 重金属对土壤的污染已成为全球范围内的重大问题。目前，物理、化学和植物修复技术都存在一定的问题，限制了其应用。某些大型真菌对土壤中的重金属具有很强的富集和耐受能力，利用大型真菌修复土壤重金属污染被认为是一种富有前景的方法，深入揭示大型真菌对重金属的抗性机制是目前研究的热点之一，但关于大型真菌对重金属抗性的研究多集中在菌根真菌或菌丝阶段。镉（Cadmium，Cd）是毒性最强的重金属之一，也是我国首要的土壤重金属污染物。因此，本研究以大型真菌双孢蘑菇（Agaricus bisporus）为材料，通过土壤/培养液Cd胁迫处理，采用生理生化试验、吸附试验、转录组学和代谢组学结合的方法，研究双孢蘑菇体内Cd的分布和吸附特征及其在生理过程、转录水平和代谢水平等方面发生的变化，从多层面和多方面联合探究双孢蘑菇对Cd胁迫的抗性机制组成。本研究得到的主要研究结论如下：（1）土壤/培养液Cd胁迫对双孢蘑菇具有毒害作用，抑制菌丝生长和子实体出菇，影响子实体发育，导致细胞变形。双孢蘑菇可耐受414.28 mg/kg干重（DW）土壤Cd污染，并在子实体中积累18.38 mg/kg DW的Cd，表明双孢蘑菇对土壤Cd胁迫有较强的抗性，具有修复Cd污染土壤的潜力。子实体中菌盖Cd含量高于菌柄；菌盖中Cd主要以低毒的盐酸提取态存在（92.50~97.44%）；主要积累在可溶性组分（54.52~67.53%）和细胞壁（20.45~29.07%）中，表明两者是Cd区室化解毒的重要场所。（2）双孢蘑菇子实体中丙二醛的含量随着Cd的积累显著增加；在土壤高Cd胁迫和生长后期，可溶性糖、蛋白质和游离脯氨酸含量显著增加；土壤Cd处理下采摘期和成熟期的子实体中过氧化物酶（POD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性高于对照处理，开伞期的子实体中过氧化氢酶（CAT）活性高于对照；表明Cd积累导致双孢蘑菇膜脂质过氧化，引起细胞渗透失衡，激活了细胞抗氧化酶系统；双孢蘑菇通过提高体内的渗透调节物质含量维持渗透平衡，提高CAT、POD和APX的活性缓解氧化伤害。渗透调节和抗氧化功能的增强是双孢蘑菇耐受Cd胁迫的重要生理机制。（3）双孢蘑菇菌丝可从培养液中富集Cd，引起其低分子量有机酸代谢改变。Cd胁迫前期菌丝主要分泌苹果酸、柠檬酸和酒石酸，后期主要分泌草酸、富马酸、甲酸和琥珀酸；柠檬酸和丙二酸主要参与双孢蘑菇子实体前期土壤Cd胁迫解毒，草酸、琥珀酸和甲酸主要参与后期解毒；柠檬酸和草酸主要作用于胞外，丙二酸和苹果酸主要作用于胞内。有机酸的细胞内外解毒作用是双孢蘑菇耐受重金属的机制之一。（4）双孢蘑菇菌丝、胞外聚合物（EPS）和细胞壁能够吸附溶液中的Cd2+，吸附过程符合准二级动力学方程；EPS对Cd2+吸附过程符合Langmuir等温吸附模型，菌丝和细胞壁对Cd2+的吸附过程符合Freundlich等温吸附模型。菌丝、EPS和细胞壁对Cd2+最大吸附量分别为17.89、583.07和48.46 mg/g DW，EPS和细胞壁能够吸附大量Cd2+，表明两者在双孢蘑菇Cd解毒中起着重要作用。胞外物质对Cd吸附是双孢蘑菇抵御Cd胁迫的重要机制。（5）转录组学研究发现：土壤Cd胁迫对双孢蘑菇子实体中基因表达产生了显著影响，共鉴定出436个差异表达基因，207个表达量上调，229个表达量下调。参与活性氧产生和编码真菌疏水蛋白、果胶裂解酶和溶菌酶基因表达量显著上调；参与DNA修复和复制及编码DNA聚合酶的基因表达量显著下调；表明土壤Cd胁迫导致细胞氧化损伤、破坏细胞壁和干扰DNA的正常复制。编码几丁质合酶、谷胱甘肽S-转移酶、OPT寡肽转运蛋白、ABC转运蛋白、热休克蛋白（HSP70）基因的表达量显著上调；参与真菌细胞壁多糖生物合成、有机酸跨膜转运和胞外分泌、DNA损伤修复和有丝分裂的基因表达量也显著上调；参与细胞质膜金属阳离子转运的基因表达量显著下调；表明双孢蘑菇通过更新细胞壁、增强胞外螯合和抑制重金属离子的跨膜转运，减少对Cd的吸收；通过加强胞内对重金属离子的螯合和排出、转运至液泡封存、抗氧化能力及DNA修复和合成，减少胞内Cd的毒害作用。（6）代谢组学研究发现：土壤Cd胁迫能够显著地影响双孢蘑菇子实体中代谢产物的种类和含量，共鉴定出82种差异代谢物，显著上调52种，显著下调30种，主要为氨基酸类、有机酸类、脂质类和核苷酸类等物质。土壤Cd胁迫下，双孢蘑菇可能通过影响氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、有机酸、生物碱、酚类等代谢途径中相关物质含量，改变三羧酸循环和糖酵解路径，增强细胞膜的新陈代谢和细胞分裂活性，促进酚类物质和Cd螯合物质的合成，提高自身对Cd的抗性。联合差异表达基因分析，76个差异代谢物和差异基因的表达模式一致，表明差异代谢物的变化是由差异基因正向调控。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 222 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/55032]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地灾害与地表过程重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 何海燕. 双孢蘑菇（Agaricus bisporus）对土壤镉胁迫的 抗性机制研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
| 个性服务 |
| 查看访问统计 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
修改评论