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铜等重金属胁迫是抑制植物生长的一个重要环境因素。有关植物铜耐性机制研究主要集中在根系的吸牧、转运、外排或有机化合物的螯合作用,抗氧化系统以及细胞壁的固定作用等方面。目前,蛋白质组学可以作为研究植物响应逆境胁迫生物学机制和通路的一种非常有效的手段。本研究以黄花月见草为材料,研宄了Cu胁迫下黄花月见草根系生理生化、有机酸分泌和差异表达蛋白变化等,并研究了外援添加有机酸对黄花月见草耐Cu性的影响,重点从蛋白质组学角度揭示其对Cu胁迫的响应,结果如下:比较黄花月见草在0.32、25、50和100μM Cu浓度处理下的生长状况、生理指标变化。结果表明,黄花月见草地上部和根系中的Cu含量与Cu处理浓度呈现正相关,但是根系中Cu含量的增加更加显著;根长、根尖数、根系表面积、根系体积、叶表面积、鲜重和干重都在Cu处理时受到抑制,且该抑制作用随着Cu处理浓度的增加而增大,在100μM Cu处理下,根系出现明显黄褐色;地上部膜脂质过氧化(TBARS)在低浓度Cu处理(≤50μM)时无显著性差异,根系TBARS含量随着Cu处理浓度的增加而显著增加。在Cu处理浓度低于50μM时,根系中蛋白含量随着Cu处理浓度的增加而增加,但是在100μMCu浓度处理下显著下降。 利用蛋白质组学技术对黄花月见草根系总蛋白进行差异蛋白组分析。幼苗在50μM Cu处理3天(0.32μM Cu处理作为对照),经过蛋白提取、酶解和质谱上样,结合非标记(Label-free)蛋白组学相对定量方法,对黄花月见草对照组与处理组总蛋白进行测定分析。结果表明,总共筛选到差异表达蛋白58个,其中36个蛋白显著上调表达,22个蛋白显著下调表达。蛋白按照基因功能注解(Gene Ontology, GO)分类标准进行分子功能分类,总共可以分为7大类,分别是蛋白代谢(31%)、碳水化合物和能量代谢(26%)、信号传导(14%)、解毒与防御(12%)、发育(9%)、氧化还原(5%)和未知蛋白(3%)。这些结果表明,黄花月见草对Cu耐性是一个多途径的复杂生理过程。其中柠檬酸合成酶、水孔蛋白和输入蛋白α亚基等蛋白可能与植物的耐Cu性有重要关联。 利用水培方法对黄花月见草进行0.32μM Cu和50μM Cu处理,研究黄花月见草根系分泌有机酸的种类及含量。结果表明,对照与处理组都检测到柠檬酸和苹果酸。与对照相比,Cu处理3天后根系分泌的苹果酸含量减少了34%,柠檬酸含量增加了27%。分析Cu处理0、24、48和72h内有机酸分泌规律发现,随着处理时间的增加苹果酸含量先增加后降低,柠檬酸含量持续增加。另外,采用水培和土培试验研究了外源添加柠檬酸对黄花月见草Cu积累和转运影响。水培试验结果表明,Cu处理过程中外源添加柠檬酸降低了黄花月见草根系Cu的积累,但增强了Cu往地上部分的转运。添加柠檬酸可以降低植物Cu的毒害,表现在根长和鲜重都高于Cu处理组,根系活力也有所提高。土培试验表明,外源添加低浓度柠檬酸提高了黄花月见草的鲜重,使土壤中残渣态Cu转化为可交换态Cu,从而增强了Cu往地上部的转运能力,这些结果表明柠檬酸在植物吸收、转运和耐受Cu的过程中起到一定的作用。