為了了解兩個物種是否具有不同的根部吸收Cd的能力，用非損傷微測技術（NMT）來研究50 μMCdCl2處理下根部的Cd2+流速。通過對距離根尖頂端0~2000 μm區域的8個點進行測量，發現50 μM CdCl2處理可在這一區域內引起穩定的Cd2+內流（圖1）。這兩個物種表現出相同的流速變化趨勢。與根尖（0 μm）的流速相比，流速在200 μm處首先增加，然后在500 μm處迅速減少，在隨后的點上又慢慢增加（圖1）。研究選擇了距離根尖500 μm處進行后續的檢測，因為在該位點可以觀察到強烈的Cd2+流速。兩個物種之間存在著顯著的點內流差異。黃花煙草（49.0673 pmol cm-2s-1）的根部表現出比紅花煙草（37.2259 pmol cm-2s-1）高1.32倍的Cd2+內流速率，這表明黃花煙草的根部比紅花煙草的根部具有更大的Cd吸收能力。
圖1. 黃花煙草和紅花煙草根部的Cd2+吸收速率。負值代表Cd2+吸收。
其他實驗結果
黃花煙草根和葉中的Cd濃度均比紅花煙草高。與對照組相比，經Cd處理的黃花煙草的根和地上部分干重都增加了，而在50 μM CdCl2處理下，紅花煙草的根干重下降，地上部分的干重與對照組相比沒有變化。
兩種煙草葉片和根系中Cd主要存在于核糖體可溶性組分中，其次是細胞壁、細胞核和葉綠體，線粒體。
無Cd處理時，黃花煙草的GST活性顯著高于紅花煙草。Cd處理后，GSTs、SOD和CAT的活性均升高，同時黃花煙草的GSSG含量下降，GSH/GSSG比率升高；紅花煙草的GSSG含量上升，GSH/GSSG比率不變。
熒光探針檢測根系中的ROS，在50 μM Cd脅迫下，黃花煙草根表皮僅有輕微的熒光，表現為H2O2和O2?-的少量積累。相比之下，50 μM Cd處理下，紅花煙草根部熒光信號強烈，表明H2O2和O2?-積累量較高。
Cd處理后，在黃花煙草的葉片中有173個DEGs，根部中有710個DEGs，而在紅花煙草的葉片中共有576個DEGs，根部中有1543個DEGs。
綜上所述，Cd在兩種植物中的積累和分布表明，煙草屬可以認為是一種潛在的植物修復劑。由于IRT的調控，黃花煙草比紅花煙草有更高的Cd內流速率。Cd在兩種植物中均主要分布在細胞質中，但黃花煙草中，Cd在細胞壁中的分配比例高于紅花煙草，說明Cd可以被分隔在細胞壁中，并通過MTPs和NRAMP運輸到液泡中，在液泡中被分隔。此外，GST酶活性在兩種植物中均有所增強，而在黃花煙草中則較高，這說明GST在煙草屬的Cd積累中起著關鍵的螯合作用。最后，研究確定了與金屬內流、區隔化、再活化和螯合作用有關的DEGs對Cd積累的影響，這些相互作用必然導致黃花煙草的Cd積累能力高于紅花煙草。這些結果為進一步分析這些候選基因在煙草和其他植物中的作用提供了遺傳支持。
測試液
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ppl.13431
關鍵詞：重金屬；煙草；Cd積累；轉錄組；差異基因
