蓝藻毒素对水稻生理生态的毒性效应研究开题报告

1. 研究目的与意义

近年来，我国蓝藻水华暴发分布日趋广泛且严重，大量微囊藻毒素随着农业灌溉用水进入农田，可能对暴露在该环境下的陆生植物产生不利影响，但目前对该过程中植物对微囊藻毒素的响应情况和致毒机理尚未明确。

本研究拟采用现代分析技术和分子生态毒理学方法，以重要的粮食作物水稻为受试生物，考察其分别在微囊藻细胞裂解液和不同浓度微囊藻纯毒素mc-lr胁迫下水稻种子发芽率、叶和根的生长发育、生理生化指标和组织病理学变化；分析水培液中微囊藻毒素浓度的变化及其在水稻叶和根中的含量及累积模式；应用生态毒理基因组学技术，从基因水平进一步阐明微囊藻毒素的毒性作用机理，并筛选与毒素胁迫密切相关的功能基因。

本研究在一定程度上将揭示含蓝藻水华灌溉用水对陆生植物的危害特点，并将进一步推广和普及水稻应用于生态毒理基因组学研究，在分子水平阐明微囊藻毒素对其毒性效应及作用机理打下坚实基础，本研究结果还能为农业生产采取合理应对措施和保证农产品安全提供理论支持。

2. 国内外研究现状分析

水稻，禾本科，属须根系，是一年生禾本科植物，高约1.2米，叶长而扁，圆锥花序由许多小穗组成。

所结子实即稻谷，去壳后称大米或米。

不定根发达，穗为圆锥花序，自花授粉。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：（1）微囊藻毒素胁迫对水稻的生态生理学效应影响研究采用水培法，以铜绿微囊藻细胞裂解液和不同浓度的微囊藻纯毒素mc-lr为受试物，选择水稻为受试生物，在测试暴露毒素浓度的基础上，考察微囊藻毒素胁迫对水稻种子发芽抑制、叶和根的生长发育的影响；采用原位显色法或者电子顺磁共振法（epr自旋捕获技术），研究微囊藻毒素对水稻幼苗自由基（超氧阴离子自由基或过氧化氢自由基等）累积量和分布；采用紫外/荧光光度法和现代分子生物学手段，研究微囊藻毒素胁迫对水稻幼苗叶片和根中蛋白酶/肽酶、淀粉酶、脱氢酶、硝酸盐还原酶活性的影响，对植株蛋白含量和氨基酸含量的影响，以期研究毒素对水稻营养水平、物质代谢和能量代谢的影响；采用扫描电镜和透射电镜技术，研究微囊藻毒素对水稻幼苗根尖和叶片顶端组织微观结构的影响。

（2）微囊藻毒素在水稻幼苗中的吸收和积累应用高效液相色谱（hplc）、液相-质谱联用技术（lc-ms）等现代分析技术和酶联免疫检测技术（elisa），分析铜绿微囊藻细胞裂解液（包括mc-lr和mc-rr）和暴露水培体系内微囊藻毒素的含量，建立起植物体内微囊藻毒素提取方法，研究微囊藻毒素在水稻幼苗根部和叶片内的积累水平，分析其和毒素暴露水平相关关系；在研究（1）的基础上，分析其变化水平和毒素外暴露和内暴露水平的剂量相关关系。

（3）微囊藻毒素胁迫对水稻幼苗叶片基因表达谱影响提取并纯化不同处理（微囊藻细胞裂解液和纯毒素mc-lr）的水稻叶片中的总rna，合成cdna，运用基因芯片技术，研究微囊藻毒素暴露后水稻幼苗叶片基因表达谱的变化特征，分析发生变化的生物学通路，预测可能的毒效应机制途径，并结合自由基水平变化，从基因转录水平上进一步探讨其作用方式并从基因水平上筛选毒理学相关功能基因。

4. 研究创新点

拟采用现代分析技术和分子生态毒理学方法，以重要的粮食作物水稻为受试生物，考察其分别在微囊藻细胞裂解液和不同浓度微囊藻纯毒素MC-LR胁迫下水稻种子发芽率、叶和根的生长发育、生理生化指标和组织病理学变化，寻找该过程中的敏感生物标志物；分析水培液中微囊藻毒素浓度的变化及其在水稻叶和根中的含量及累积模式；应用生态毒理基因组学技术，从基因水平进一步阐明微囊藻毒素的毒性作用机理，并筛选与毒素胁迫密切相关的功能基因。

创新点：1）采用低浓度长期胁迫的水培染毒方式，系统研究微囊藻毒素对水稻可能产生的光合作用影响，并应用基因芯片技术探索该过程中的作用机理，对微囊藻毒素毒理学研究领域起了重要的补充作用；2）采用EPR自旋捕获技术获得陆生植物组织在微囊藻毒素胁迫下产生自由基的直接证据，并系统研究其和植物体微囊藻毒素累积量、抗氧化系统酶活性和光合作用生理生化特性指标间的定量耦合关系。