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随着人口快速增长、工业的发展、工厂及生活废弃物的排放以及农业化肥农用药物等施用量的不断增加,许多有害有毒物质不断进入土壤系统,使得土壤重金属污染已成为一个全球性的严重的环境问题。锌作为全球公认的重金属元素之一,在其污染土壤中会通过土壤—粮食—人和土壤—蔬菜—人这些食物链进行积累、迁移和传递,最终会严重威胁到人体健康。植物修复是解决土壤锌污染的重要途径之一,而将植物修复技术与基因工程技术结合,并应用于解决土壤重金属锌污染问题,则是本文研究的主要内容,而该研究的关键在于对植物耐受锌毒害及其积累的分子机理的认识,及其在实践中的应用效果研究。本研究基于前期工作, 利用已经发现的一个拟南芥基因XCD1(At3g10890),在该基因缺失时,拟南芥植株对锌较为敏感,而XCD1的过量表达植株,对锌的耐受性明显增强。为进一步研究该基因的在锌胁迫下的作用机理,对XCD1在植物应对重金属锌胁迫过程中的生物学功能进行了研究。主要研究结果如下：(1)在正常生长条件下,野生型和XCD1敲除突变体xcdl-1、xcdl-2及XCDl过量表达株系XCD1OE4、XCD1OE5的生长没有显著差异；在Zn胁迫下,突变体xcdl-1、xcdl-2表现为对锌胁迫敏感,过量表达株系XCD1OE4、 XCD1OE5表现为对为对锌胁迫耐受,且根长和鲜重数据显示规律也与表型规律一致,表明XCD1正向调控铅胁迫响应。(2)利用组织活性染色和qRT-PCR方法对XCD1的组织特异性表达进行了分析,发现该基因在拟南芥各个组织中均有表达,其中在根和花中的表达量相对较高。(3)锌含量分析表明,XCD1过量表达株系中锌的含量相比野生型中锌的含量有所增加,而xcdl突变体株系xcdl-1、xcdl-2吸收的锌含量就要比野生型株系中低,并且大部分的锌都积累在根部。上述这种差异主要体现在根中,野生型,突变体和过表达株系茎部的锌含量基本无差异。(4)进一步分析了拟南芥中与锌胁迫相关的下游基因的表达水平,发现xcdl突变体经重金属锌胁迫处理后GSH1、GSH2、PCS1和PCS2基因的转录水平与与野生型相比显著增加,表明XCD1可能通过调控GSH依赖的PC成途径来增加植物对锌的耐受。(5)为了进一步确认XCD1调控植株锌耐受的途径,我们测定了野生型、xcdl突变体和XCD1过量表达株系中谷胱甘肽的含量(GSH+2GSSG)及植物螯合肽(PC)的含量,测定结果显示在过量表达株系中植物螯合肽(PC)的含量明显高于野生型,而在xcdl突变体中植物螯合肽(PC)的含量较野生型中低。由此我们得出结论,XCD1可以通过谷胱甘肽依赖的植物螯合肽合成途径来调控植物锌的耐受和积累。(6)在前人研究中发现,甘露糖作为XCD1的产物,可能作为信号分子,参与XCD1介导的Cd的耐受的调控。在本文中我们也研究了外源甘露糖施加对于植物锌胁迫的响应,结果表明,外源甘露糖能够恢复xcdl突变体在锌胁迫下的敏感表型,且能够增加还原型谷胱甘肽GSH含量及植物螯合肽含量,植物体内积累的锌含量也同时增加。(7)我们还采用水培试验验证甘露糖在实际工作中的应用,实验发现水培条件下外源加入甘露糖的株系中,锌的积累量由16.33mg/g上升至21.28mg/g,结果表明甘露糖在重金属污染修复方面具有巨大的潜力。