锌镉处理下超富集植物的差异蛋白质表达及金属耐性机理研究

锌镉多金属超富集植物能够富集和耐受高含量的锌和镉，对其锌镉富集耐性机理的探索成为该领域国内外的研究热点，并取得一系列进展，但系统的比较研究多金属超富集植物的锌镉耐性差异的报导甚少。蛋白质组学的研究方法能够为了解复杂的生命活动提供很好的基础，目前从蛋白质组水平上去比较研究超富集植物的锌、镉富集机理还未见系统报导。本项目拟在前期工作基础上，以国内发现的锌镉超富集植物圆锥南芥（Arabis paniculata Franch.）为材料，通过锌、镉系列处理下植物差异蛋白质组的比较研究，分离鉴定与通过锌、镉胁迫过程相关的差异蛋白，并结合植物抗氧化系统和光合作用系统的响应过程，阐明多金属超富集植物的锌、镉耐性机理。项目研究有利于拓展超富集植物的金属耐性机制研究领域，并为金属污染土壤植物修复的生物工程提供理论基础。

本项目在前期工作基础上，以国内发现的锌镉超富集植物圆锥南芥（Arabis paniculata Franch.）、滇苦菜(Picris divaricata V.)为材料，研究锌、镉对超富集植物差异蛋白质组的比较研究，分离鉴定与通过锌、镉胁迫过程相关的差异蛋白，并结合植物抗氧化系统和光合作用系统的响应过程，阐明多金属超富集植物的锌、镉耐性机理。项目研究有利于拓展超富集植物的金属耐性机制研究领域，并为金属污染土壤植物修复的生物工程提供理论基础。主要研究结果如下：.（1）应用蛋白质组学方法（双向电泳和MALDI-TOF/TOF MS分析）研究圆锥南芥参与Zn、Cd胁迫响应的差异蛋白。对蛋白进行功能分类后表明，包括氨基酸和植物激素的生物合成的能量新陈代谢以及涉及蛋白修复和信号传递的蛋白代谢过程是圆锥南芥Zn胁迫下主要的蛋白响应防御机制，而外源化学物/抗氧化防御机制以及包括细胞合成以及细胞壁结构组织的细胞新陈代谢机制是圆锥南芥Cd胁迫下主要的蛋白响应防御机制。.（2）研究了高低浓度的Zn和Cd交互处理下圆锥南芥Zn、Cd吸收模式和抗氧化酶的防御。实验表明圆锥南芥地上部和根部的Zn/Cd相互反应是剂量依赖的，这个过程可能由不同金属亲和力的富集机制调控。在植物体内在高浓度Zn、Cd处理下可能分别存在独立的高Zn和高Cd吸收体系。Zn、Cd胁迫加剧了植物脂膜过氧化，但H2O2含量保持在一个相对稳定的水平，这也许与抗坏血酸过氧化物酶APX活性的增强有关。在本实验测定的抗氧化酶防御中，APX是圆锥南芥体内最有效的清除H2O2防御植物受重金属氧化胁迫的抗氧化酶。.（3）应用光合限制分析Cd处理对滇苦菜(Picris divaricata V.)光合作用的影响，结果表明Cd对滇苦菜光合产生“低促高抑”现象。在75 μM Cd处理下，叶肉细胞和叶绿体结构仍保持完好，但是气孔数目形状比对照少，气孔比对照小，并出现闭合的状况；光反应及暗反应均没有受到Cd的影响；净光合速率在低Cd处理下没有明显变化，但受到高Cd的抑制，其他光合参数都随着Cd浓度的增加而降低。对影响光合的因素进行分析，扩散限制值占总限制值的绝大多数。Cd不是通过直接途径影响滇苦菜的光合作用，而是通过对叶片形态的影响间接影响滇苦菜的光合效率。