豆科植物箭舌豌豆(Vicia sativa L.)响应Cd毒害的机理研究

镉（Cd）是毒性较大的重金属之一，土壤Cd污染已成了许多国家的环境问题和社会问题。.自2009以来，中国境内已发生了多起严重的Cd污染事件。Cd污染治理刻不容缓。当前，Cd污染土壤的植物修复很受关注，其中Cd积累（超积累）植物的寻找是热点。箭舌豌豆是适合西北地区种植的优良饲料和绿肥兼用植物，在甘肃省退耕还草生态重建中发挥着重要的作用。我们以前的研究发现，箭舌豌豆333/A具有Cd耐性，但其可不可用于Cd污染的土壤修复或在被Cd污染的土壤上种植后适不适合作饲草绿肥?阐明其Cd耐性机理是回答此问题的关键。故本项目拟研究Cd在不同箭舌豌豆品种组织和细胞水平上的区域化分布、在植物体内的存在形态、跨膜运输及其与活性氧代谢关系等，旨在阐明其Cd耐性机理，为全面阐明植物Cd耐性机理提供资料、为Cd污染土壤植物修复提供候选材料以及为绿色箭舌豌豆种植提供科学依据，最终为地方经济发展提供科技支撑。

植物修复是土壤Cd污染治理的绿色途径。Cd积累（超积累）植物的寻找是植物修复治理的关键。在已发现的Cd超积累植物中，未曾见到豆科植物。本项目以10种豆科植物为材料，通过Cd耐性对比得箭舌豌豆（Vicia Sativa）是Cd耐性较强的植物。在此基础上，通过比较8个箭舌豌豆品种（系）Cd耐性，得较耐Cd品种兰箭3号（L3）和Cd较敏感品种张掖麻豌（ZM）。由此，以 L3 和ZM为材料研究了50μM Cd处理下两者吸收运输Cd和Cd分布差异、其耐Cd性与PC、氨基酸和有机酸等物质含量、活性氧产生、抗氧化系统、蛋白差异表达和转录组变化间关系等方面进行了对比研究以阐明箭舌豌豆的Cd耐性机理。.结果表明：.（1）与ZM相比，Cd处理下L3 根中H2O2含量和O2•−产生速率及TBARS含量显著升高、质膜透性增大；H2O2和O2•−主要积累于细胞壁和质外体空间。根系活性氧产生的差异主要源于质外体NADH-POD。（2）Cd处理下L3根系SOD、CAT和DHAR的活性以及AsA含量高于ZM，提示L3的Cd耐性至少部分由于其高的抗氧化能力。（3） Cd主要分布于根可溶性组分中，ZM 可溶性组分中的Cd含量显著大于L3的。根可溶提取物分子筛色谱得3个Cd结合组分：一蛋白质组分、NPT组分和一未知。NPT 为主要的Cd结合组分，ZM 根中 NPT 结合Cd的比例大于 L3。L3 根中一蛋白质组分在Cd处理后较 ZM 中增加更显著，结合Cd的比例也大于ZM，提示该蛋白质组分在增加 L3 的Cd耐性中发挥作用。（4）Cd处理下，L3和ZM根中NPT含量升高，γ-ECS 的转录上调，ZM 较 L3更显著。（5）Cd处理后，L3有11个GST 基因显著上调，而 ZM只有1个GST 基因显著上调；L3根中转运体基因和转录因子的表达调节较ZM显著；同时，L3根中角质、木栓质和蜡质的生物合成途径显著富集。提示多基因上调和生物合成途径富集在L3 Cd耐性中发挥重要作用。（6）对Cd处理5天后的两品种幼苗根进行差异蛋白质组分析发现，两品种根中共有56个蛋白点表达量变化显著。其中5个点为两品种共同上调（L3的相对丰度率显著高于ZM），1个点为两品种共同下调（相对丰度率无显著差异），4个点为两品种共同新出现。这些差异表达蛋白经质谱分析得到31个与解毒、胁迫响应、代谢和信号转导有关的功能蛋白和未知功能蛋白。