（环境科学专业论文）锌镉胁迫下圆锥南芥的抗氧化防御和差异蛋白质组的响应.pdf

摘要 价p c s 在圆锥南芥的c d 富集和耐性中的作用。实验表明，除了最高浓度 处理外，2 周或3 周的c d 处理对植物的生物量没有影响。圆锥南芥能够 耐受s1 0 0 弘mc d 的3 周处理，且地上和根部的c d 含量分别达到1 ，1 2 7m g k g 。c d 和5 , 6 2 4m gk g c d 。所有处理地上部均未检测到p c s ，表明其没 有参与c d 从圆锥南芥根部向地上部的转运过程。c d 处理增加了圆锥南芥 根部g s h 和p c s 的含量，添加b s o 后减少了植物根部c d 的富集，同时 植物根部p c s ：c d 的摩尔比接近植物体内p c 调节c d 络合的比例，这表明 g s h 和p c s 在圆锥南芥根部c d 富集和络合机制中的潜在作用。同时，实 验观察到c d 处理下圆锥南芥根部有很强的硫代谢过程，除了c d 诱导p c s 的合成外，实验还分离检测到c d 诱导出的未知非蛋白巯基，质谱结构鉴 定其可能的结构为( 丫- e c h ，“一e c ) 2 p r o 以及( 丫一e c ) 3 一p r o ，其中0 一e c ) 2 一p r o 与( 丫e c ) 3 p r o 未见文献报导，有可能为新的异植物络合素，这需要进一步 的鉴定。 ( 2 ) 研究了不同z n 浓度处理下( c o n t r o l ，1 0 0 ，2 5 0 ，5 0 0 ，1 0 0 0 和2 0 0 0 肚mz n ) 圆锥南芥的z n 耐性和富集，以及非蛋白巯基的响应。z n 处理3 周的植物 生物量没有受到影响，而且与对照处理的相比鲜重，1 0 0 5 0 0o , mz n 处理 的植物鲜重分别比对照处理高1 8 和3 7 5 。除了在最高z n 处理的根部， 植物膜稳定和脂膜过氧化指标没有受到圆锥南芥根部高浓度的z n 含量 ( 9 ，0 2 5 1 2 ，8 9 2m gk g - 1 ) 和地上部的z n 含量( 7 7 7 - 6 0 3 0m gk 9 1 ) 的影响 植物地上部g s h 含量和脂膜过氧化的程度呈现相反的变化趋势，表明g s h 在防止细胞氧化胁追方面具有一定作用。高z n 处理( 1 0 0 0 和2 0 0 0 州z n ) 可诱导根部的半胱氨酸含量显著增大，但仅诱导出p c 4 和一个微量的未知 非蛋白巯基。实验表明p c s 与圆锥南芥的z n 络合和富集机理无关，但g s h 与c y s 可能分别参与了圆锥南芥地上部和根部对z n 响应的生理代谢过程。 同时，对圆锥南芥根部的金属x r d 分析表明，根部z n 的存在形式主要为 z n o 和z n s 。 ( 3 ) 研究了高低浓度的z n ( 2 0 0 0 和1 0 0p m ) 和c d ( 2 5 0 和1 0 州) 交互处 理下圆锥南芥的z n 、c d 吸收模式和抗氧化酶响应。数据显示在低z n 、低 锌镉胁迫下圆锥南芥的抗氧化防御和差异蛋白质组的响应 c d 处理中，分别加入高c d 和高z n 减少了植物的z n 、c d 吸收，表明z n 、 c d 吸收共用相同的转运通道导致z n 、c d 吸收的竞争。然而，在高z n 或 高c d 处理中，分别加入c d 或z n 对植物的z n 、c d 吸收影响较小。实验 表明圆锥南芥地上部和根部的z n c d 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。在高浓度处理下植物可能存在独立 的高c d 吸收体系。z n 、c d 胁迫加剧了植物脂膜过氧化，但h 2 0 2 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( a p x ) 活性的 增强有关。其他抗氧化酶，如超氧化物歧化酶( s o d ) 和愈创木酚过氧化 物酶( g p x ) 在z n 、c d 胁迫下没有显著的响应，而过氧化氢酶( c a t ) 活性下降。这表明在本实验测定的抗氧化酶防御中，a p x 是圆锥南芥体内 最有效的清除h 2 0 2 ，防御植物受重金属氧化胁迫的抗氧化酶。 ( 4 ) 为了更好的了解圆锥南芥的金属耐性机理，本论文应用蛋白质组学方法结 合生理指标来研究z n 、c d 胁迫下圆锥南芥地上部的差异蛋白响应。植物 分别在z n ( 1 0 0 或2 0 0 0 州) 或c d ( 1 0 或2 5 0l a m ) 处理1 0 天。随着 营养液中z n 或c d 浓度的增加，植物地上部z n 或c d 含量以及t b a r s 含量升高，而h 2 0 2 富集水平除了在2 5 0 州c d 处理之外均保持稳定。通 过双向电泳分离了z n 、c d 胁迫下圆锥南芥地上部的蛋白响应，结果显示 z n 、c d 处理分别诱导了1 5 和1 6 个差异蛋白。选择这些差异表达蛋白点 用于m a l d i t o f 们fm s 分析，分析结果与现有数据库搜索匹配。对蛋 白进行功能分类后表明，以氨基酸和植物激素合成为主的能量新陈代谢过 程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z n 胁迫下主 要的蛋白响应防御机制，而外源化合物抗氧化防御以及包括细胞合成和 细胞壁结构组织的细胞新陈代谢机制是圆锥南芥c d 胁迫下主要的蛋白响 应防御机制。z n 、c d 胁迫下圆锥南芥差异蛋白的鉴定为了解超富集植物 金属耐性的分子机制提供了新的视野。 关键词：超富集植物，锌，镉，圆锥南芥，抗氧化防御、差异蛋白质组 i l l 锌镉胁迫下圆锥南芥的抗氧化防御和差异蛋白质组的响应 t h e r e s p o n s e s o fa n t i o x i d a t i v ed e f e n s ea n d d i f f e r e n t i a l p r o t e o m e t oz n c ds t r e s si na r a b i s p a n i c u l a t af r a n c h m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：x i a o w e nz e n g s u p e r v i s o r ：p r o f r o n g l i a n gq i u a b s t r a c t s o i lp o l l u t i o nw i t hh e a v ym e t a l si sag l o b a le n v i r o n m e n t a lp r o b l e ms ot h a tt h e c l e a n - u pt e c h n o l o g y h a sa t t r a c t e d s c i e n t i s t s a t t e n t i o n p h y t o r e m e d i a t i o n ，鹤a f r i e n d l yp l a n t - b a s e dc l e a n u pt e c h n i q u eo fp o l l u t e ds o i lh a sb e c o m eah o ts p o ts i n c e c h a n e yb r o u g h ti tu pi n 19 8 3 h y p e r a c c u m u l a t o r i sak e yf a c t o ri nt h i sr e s e a r c h f i l e dd u et oi t se x t r a o r d i n a r ya b i l i t yt oa c c u m u l a t ea n dt o l e r a n tm e t a l s d u d n gt h e p a s td e c a d e , n u m e r o u sp r o g r e s s e sh a v eb e e nm a d ei nt h em e t a la c c u m u l a t i o na n d t o l e r a n c em e c h a n i s mw h i c hu s ez n c dh y p e r a c c u m u l a t o rt h l a s p ic a e r u l e s c e n sa n d a r a b i d o p s i sh a l l e r ia sm o d e l s h o w e v e r , t h em u l t i - m e t a lu p t a k ea n dt o l e r a n c e m e c h a n i s m sh a v en o tb e e nc l e a r l yu n d e r s t o o dy e t am u l t i - m e t a lh y p e r a c c u m u l a t o r , a r a b i sp a n i c u l a t af r a n c h w h i c hi sf o u n di n t h el a r g e s tp b z nm i n i n ga r e ai ny u n n a np r o v i n c ec h i n a , i sa b l et oa c c u m u l a t ea n d t o l e r a n th i g hl e v e lo fp b z n c d t h i sf i n d i n go fa r a b i sp a n i c u l a t ac o n t r i b u t e st o c h i n e s eh y p e r a e c u m u l a t o r s p e c i e sa n dp r o v i d e s 曩g o o dc h a n c et os t u d yt h e m e c h a n i s mo fm e t a l a c c u m u l a t i o n t o l e r a n c e ，e s p e c i a l l y f o r m u l t i m e t a l a c c u m u l a t i o na n dt o l e r a n c e s t u d y t h e r e f o r e , t h ep r e s e n ts t u d yu s e da r a b i s p a n i c u l a t aa sm a t e r i a l ，a i m e dt or e v e a lt h ep o t e n t i a lr o l eo fn o n - p r o t e i nt h i o l si n z n c dc o m p l e x a t i o n ，z n c du p t a k ep a t t e r ni nt h ez n c dc o m b i n a t i o nt r e a t m e n t sa s w e l l 懿t h ec o n s e q u e n tr o l eo fa n t i o x i d a t i v ee n z y m e si na l l e v i a t i n go x i d a t i v e a n d a l s ot oa n a l y z et h ed i f f e r e n t i a lp r o t e o m i c si nr e s p o n s et oz na n dc de x p o s u r e ， v a b s t r a c t e x p l o r i n gt h em e c h a n i s mi n v o l v i n gi n z na n dc dt o l e r a n c ea n da c c u m u l a t i o na t p r o t e o m i cl e v e l t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ed i s c u s s e da sf o l l o w s ： ( 1 ) w ei n v e s t i g a t e dt h er e s p o n s e so fp h y t o c h e l a t i n s ( p c s ) ，g l u t a t h i o n e ( g s h ) a n d o t h e rn o n - p r o t e i nt h i o l si nc dh y p e r a c c u m u l a t o ra r a b i sp a n i c u l a t aa f t e rc d e x p o s u r e a p p l y i n gy - g l u t a m y l c y s t e i n e s y n t h e t a s e( 丫- e c s )i n h i b i t o r l - b u t h i o n i n e s u l p h o x i m i n e ( b s o ) ，t h e r o l e so fp c si nc d - t o l e r a n c ea n d c d a c c u m u l a t i o ni na p a n i c u l a t aw e r ee v a l u a t e d p l a n t sw e r ce x p o s e dt of o u rc d c o n c e n t r a t i o n s ( 0 ，5 0 ，10 0a n d2 5 0 州) f o rd i f f e r e n tt i m e s ( 2 wo r3 w ) w i t ha n d w i t h o u tb s o o v e r a l l ，c de x p o s u r eh a dl i t t l ei m p a c to np l a n tb i o m a s sa f t e r2 wo r 3 wo fg r o w t he x c e p ta tt h eh i g h e s tc dl e v e l a r a b i sp a n i c u l a t at o l e r a t e ds10 0o m c dw i t hu pt o1 1 2 7m gk 9 1 1c di nt h es h o o t sa n d5 , 6 2 4m gk 9 1c di nt h er o o t s a f t e r3 wo fc de x p o s u r e t h ep r e s e n ts t u d ys h o w st h a ta p a n i c u l a t ae x h i b i t sh i g h c dt o l e r a n c ei nw h i c ha p a n i c u l a t at o l e r a t e d 三10 0v mw i t hn ob i o m a s s r e d u c t i o no rp h y t o t o x i c i t ys y m p t o m b o t hg s ha n dp c sd i dn o tc o n t r i b u t et oc d t o l e r a n c ei nt h es h o o t sa n dc dr o o t t o s h o o tt r a n s p o r ti na p a n i c u l a t a t h ef a c t s t h a t ( i ) c d - e x p o s u r ei n c r e a s e dt h ec o n c e n t r a t i o n so fg s ha n dp c si nt h er o o t s ， a n d ( i i ) t h ea d d i t i o no fb s o , ap o t e n ti n h i b i t o ro ft h ey - e c s ，r e d u c e dc d a c c u m u l a t i o ni nt h er o o t s ，a n d ( i i i ) t h em o l a rr a t i o so fp c s ：c di nt h er o o t sw e r e c l o s et ot h ev a l u ee x p e c t e dt op c - m e d i a t e dc ds e q u e s t r a t i o ni np l a n t si m p l i e st h e p o t e n t i a lr o l eo fg s ha n dp c si nc da c c u m u l a t i o na n dc dc o m p l e x a t i o ni nt h e r o o t so fa p a n i c u l a t a i na d d i t i o n , d a t as h o w e dah i g h e ra c t i v eb a s a ls m e t a b o l i s mr e s p o n d e dt oc ds t r e s sw h i c ho t h e rt h a np c s ，t h r e eu n k n o w n n o n - p r o t e i n t h i o l sw e r ed e t e c t e di nt h er o o t so fa p a n i c u l a t a t h e m a l d i t o f t o fm sa n a l y s i si n d i c a t e st h e ym a yb en c wi s o p c sw i t ht h e s t r u c t u r eo f ( 丫- e c ) 2 ，0 一e c ) 2 一p r oa n do e c ) 3 - p r o , i nw h i c h0 - e c ) 2 - p r oa n d 0 一e c ) 3 - p r oa r en o tf o u n di np u b i s h e dr e p o r t s f u r t h e ri n v e s t i g a t i o ni sn e e d e dt o c o n f i r mt h i sh y p o t h e s i s ( 2 ) t h i se x p e r i m e n ti n v e s t i g a t e dt h eg r o w t h ，z na c c u m u l a t i o na n dt o l e r a n c ea n d v i 锌镉胁迫下圆锥南芥的抗氧化防御和差异蛋白质组的响应 r e s p o n s eo fn o n p r o t e i nt h i o l si nz nh y p e r a c c u m u l a t o ra r a b i sp a n i c u l a t au n d e r z nd i f f e r e n ts t r e s s ( o ，10 0 ，2 5 0 ，5 0 0 ，10 0 0a n d2 0 0 0i t mz n ) n oo b v i o u s p h y t o t o x i c i t yo rb i o m a s s r e d u c t i o nw a so b s e r v e di nt h ep l a n t sa f t e r3 - wo fg r o w t h a d d i t i o no f10 0a n d5 0 0p mz ni n c r e a s e dp l a n tb i o m a s s18 a n d3 7 5 h i g h e r t h a nt h a to fc o n t r 0 1 t h eh i g hz nc o n c e n t r a t i o n si nt h er o o t s ( 9 , 0 2 5 12 ，8 9 2m g k g 1 ) a n ds h o o t s ( 7 7 7 6 0 3 0m gk g 1 ) d i dn o ti m p a i rt h em e m b r a n es t a b i l i t yo r i n c r e a s et h el i p i dp e r o x i d a t i o ni nt h ep l a n t se x c e p tf o rt h er o o t st r e a t e dw i t h2 0 0 0 州z n t h ei n v e r s ec o r r e l a t i o no fg s h w i t hl i p i dp e r o x i d a t i o ni nt h es h o o t sm a y i m p l yi t sr o l ei nc e l lp r o t e c t i o na g a i n s to x i d a t i v es t r e s s i nt h e10 0 0a n d2 0 0 0l a m z nt r e a t m e n t ，o n ep h y t o c h e l a t i n ( p c 4 ) w a sd e t e c t e di nr o o t si na d d i t i o nt oas m a l l a m o u n to fa nu n k n o w nt h i o l ，s u g g e s t i n gi t sl i m i t e dr o l ei nz nt o l e r a n c ei na p a n i c u l a t a h o w e v e r , h i g h e ra m o u to fc y s t e i n ew e r ei n d u c e db y10 0 0a n d2 0 0 0 u mz ni nt h er o o t s d a t as u g g e s t e dt h a tg s ha n dc y s t e i n em a yb ei n v o l v e dt h e r e s p o n s eo fm e t a b o l i cp r o c e s st oz ni nt h es h o o t sa n dr o o t s ，r e s p e c t i v e l y t h e x r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) a n a l y s i si n d i c a t e st h a ts o m eo f z na t o m sm a yp r e s e n ta s z n oa n dz n si na s ho fp l a n tr o o t s ( 3 ) t ou n d e r s t a n dt h ei n t e r a c t i o no fz na n dc da c c u m u l a t i o n ，a sw e l l a st h e c o n s e q u e n tp o t e n t i a lr o l eo fa n t i o x i d a t i v ee n z y m e sd e f e n s ed u r i n gt h i sp r o c e s si n “ a p a n i c u l a t a , t h ee x p e r i m e n to fl o wo rh i g hl e v e lo fz na n dc dc o m b i n a t i o ni n h y d r o p o n i c sw a sp e r f o r m e d ，r e s p e c t i v e l y a d d i t i o no fh i g hc d ( 2 5 0 州) o rz n ( 2 0 0 0 州) i n h i b i t e dt h ez no rc du p t a k ei nl o w h e a v ym e t a l g r o w n ( 10 0 州z n o r10p mc d ) p l a n t s ，r e s p e c t i v e l y , s u g g e s t i n gz na n dc du p t a k em a ys h a r es a m e t r a n s p o r ts y s t e m sw h i c hi n d u c e dt h ec o m p e t i t i o no fz na n dc du p t a k e h o w e v e r , i nh i g he x t e r n a lz no rc ds u p p l e m e n t ，a d d i t i o no fc do rz nh a dl e s ss i g n i f i c a n t i m p a c to nz no rc du p t a k e ，r e s p e c t i v e l y r e s u l t si n d i c a t e st h a tz n c di n t e r a c t i o n i ns h o o t sa n dr o o t sc o u l db ed o s e d e p e n d e n c yw h i c hm e d i a t e db yd i f f e r e n t a c c u m u l a t i o nm e c h a n i s m sw i t hd i s t i n c tm e t a l s p e c i f i c i t i e s l i p i dp e r o x i d a t i o n w a si n c r e a s e db yz na n dc ds t r e s s ，w h e r e a sh e 0 2a c c u m u l a t i o nw a sm a i n t a i n e d a tar e l a t i v ec o n s i s t e n tl e v e l t h i sm a yr e l a t e dt ot h ei n c r e a s i n ga s c o r b a t e p e r o x i d a s e ( a p x ) a c t i v i t yi n t h o s et r e a t m e n t s o t h e re n z y m e sa c t i v i t yl i k e v n a b s t r a c t s u p e r o x i d ed i s m u t a s e ( s o d ) a n dg u a i a c o lp e r o x i d a s e ( g p x ) w e 代n o ta f f e c t e d s i g n i f i c a n t l yb yz na n dc dt r e a t m e n t sw h i l ec a t a l a s e ( c a t ) w a sd e c r e a s e d i t s u g g e s t st h a ti na n t i o x i d a t i v ee n z y m e sd e f e n s e ，a p xm a yp l a ya ni m p o r t a n tr o l e i nr e m o v i n gh 2 0 2i na p a n i c u l a t a ( 4 ) i no r d e r t o g e t m o r e i n s i g h t i n t ot h em e c h a n i s m su n d e r l y i n gm e t a l h y p e r a c c u m u l a t i o na n dd e t o x i f i c a t i o n ，w ea p p l i e dp r o t e o m i ca p p r o a c h e si n c o m b i n a t i o no fp h y s i o l o g i c a lp a r a m e t e r st oi n v e s t i g a t ep r o t e i n si n v o l v i n gi nz n a n dc dr e s p o n s ei ns h o o t so f a p a n i c u l a t a p l a n t sw e r ee x p o s e dt ol o wa n dh i g h z n ( 1 0 0 ，2 0 0 0p m ) o rc d ( 1 0 ，2 5 0o m ) f o r1 0d i n c r e a s eo fz no rc da d d i t i o n r e s u l t e di n i n c r e a s i n gz no rc dc o n c e n t r a t i o na n dt b a r sc o n t e n t ，w h e r e a s h 2 0 2a c c u m u l a t i o n sw e r em a i n t a i n e dr e l a t i v es t a b l ew i t ho n ee x c e p t i o ni n2 5 0 l a mc dt r e a t m e n t p r o t e i n si ne a c ht r e a t m e n tw e r es e p a r a t e db yt w o - d i m e n s i o n a l e l e c t r o p h o r e s i s ( 2 一d e ) at o t a lo f15d i f f e r e n t i a l l ye x p r e s s e dp r o t e i n si nz n t r e a t m e n t sa n d16p r o t e i n si nc dt r e a t m e n t s t h e s ep r o t e i n sw e r es e l e c t e dt o p e r f o r mm a l d i - t o fm sa n a l y s i sa n dm a t c h e dw i t hc u r r e n ta v a i l a b l ed a t a b a s e t h ei d e n t i f i e dp r o t e i n sr e p r e s e n t ss e v e r a lb i o l o g i c a lp r o c e s s e s ，i n c l u d i n ge n e r g y m e t a b o l i s m ，x e n o b i o t i c a n t i o x i d a n td e f e n s e ，c e l l u l a rm e t a b o l i s m ，p r o t e i n m e t a b o l i s m ，a n do t h e ru n k n o w nf u n c t i o n s i n d u c t i o no fe n e r g ym e t a b o l i s m i n c l u d i n ga m i n o a c i da n da u x i nb i o s y n t h e s i s ，a n dp r o t e i nm e t a b o l i s mi n v o l v i n gi n p r o t e i nr e p a i ra n ds i g n a l i n gp a t h w a ya l et h em o s ti m p o r t a n td e f e n s em e c h a n i s m u p o nz ns t r e s s ，w h i l ea n t i o x i d a t i v e x e n o b i o t i cd e f e n s ea n dc e l l u l a rm e t a b o l i s m i n c l u d i n g c e l l b i o s y n t h e s i sa n d c e l lw a l ls t r u c t u r ea r et h em a i nd e f e n s e m e c h a n i s m sa g a i n s tc ds t r e s s t h ei d e n t i f i c a t i o no ft h e s ep r o t e i n si nt h ez na n d c ds t r e s sr e s p o n s ei na p a n i c u l a t ap r o v i d e san e wi n s i g h tt h a tc a nl e a dt ob e t t e r u n d e r s t a n d i n gt h em o l e c u l a rb a s i so fh e a v ym e t a ld e f e n s ei nh y p e r a c c u m u l a t o r s k e y w o r d s ：h y p e r a c c u m u l a t o r , z i n c ，c a d m i u m ，a r a b i sp a n i c u l a t a f r a n c h ， a n t i o x i d a t i v ed e f e n s e ，d i f f e r e n t i a lp r o t e o m i c s 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作 品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人 承担。 学位论文作者签名：嗜取移絮 日期：认胡年f2 月( 。日 | 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交 论文的电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少 量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权 将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、 缩印或其他方法保存学位论文。 学位论文作者签名：谳 日期：一年f 1 月i p 日 导师签名：1 潞、，粕 日期：砷年f 月d 日 锌镉胁迫下圆锥南芥的抗氧化防御和差异蛋白质组的响应 第1 章文献综述 1 1 植物修复技术的发展 1 1 1 土壤重金属污染现状 二次大战之后，随着全球经济的快速发展，环境污染问题也随之持续出现， 土壤重金属污染问题逐渐成为国际研究的焦点。土壤重金属的主要来源包括工 业、采矿、大气沉降以及农田肥料杀虫剂的不当施用等。由于重金属在土壤中 不能直接被降解，其存在直接影响到食品安全和人体健康。美国环保署( e p a ) 把镉( c d ) 、铅( p b ) 、锌( z n ) 、铜( c u ) 、汞( h g ) 、镍( n i ) 列为有毒的首 要污染物【l 】。重金属主要通过食物链进入生物体而造成危害。如c d 很容易被一 些植物吸收并富集在可食部位，进入人体后主要积累在骨骼、肾脏等器官，并 具有一定的致癌性和致突变性。日本的“骨痛病”( i t a i i t a i ) 和“水俣病”( m i n a m a t a ) 就是由于人体食用了c d 污染的水稻和甲基汞污染的鱼而产生的公害事件嘲。虽 然z n 是人体和植物的必需营养元素，但是过量的z n 也能造成人体神经系统紊 乱。 目前，重金属污染土壤的问题已经成为全球关注的环境问题之一。在美国， 在被列入国家优先整治场址名录( n a t i o n a lp r i o r i t yl i s t ) 的1 2 0 0 个急需处理的 土壤污染场地中，有6 3 的土地属于重金属污染，其中1 5 为p b 污染，1 1 为 c d 污染。根据加拿大的国家污染物发布名录( n a t i o n a lp o l l u t a n tr e l e a s e i n v e n t o r y ) ，约有1 3 。3 0 0 吨c u 、9 5 0 0 吨z n 、1 3 0 0 吨p b 和3 3 吨c d 释放到大 气、水体和土壤中【3 1 。在中国，随着改革开放的进行，国内经济发展迅速，农 业和工业活动频繁，土壤的重金属污染问题也日趋严重。在中国2 4 个省份( 城 市) 调查的所有污染农作物种植地中，重金属污染的土壤占了总面积的8 0 4 1 。 由于土壤重金属污染问题的严重性，其修复近年来受到了国内外研究的广 泛关注一些物理化学修复方法，比如土壤的化学淋洗、新土覆盖、土壤稳定 改良剂等传统方法已应用于土壤重金属修复，这些方法成效比较快，但是成本 第1 章文献综述 高，并可能导致二次污染。因此，c h a n e y 在1 9 8 3 年提出了植物修复的概念， 从此之后这项新的土壤修复技术逐渐得到了全球科学家的广泛关注f 5 1 。 1 1 2 土壤重金属污染的植物修复与超富集植物 植物修复是指利用植物以及其根际相关的微生物来清除环境污染物，包括 有机和无机污染物【6 ，7 1 。植物修复技术主要分为四类：植物提取( p h y t o e x t r a c t i o n ) 、 根系过滤( r h i z o f i l t r a t i o n ) 、植物固定( p h y t o s t a b i l i z a t i o n ) 和植物挥发 ( p h y t o v o l a t i l i z a t i o n ) 。由于植物修复技术相对其它修复技术具有成本较低【8 l ， 对环境友好的特点，它不仅成为科学家的研究热点，还得到了政府机构的关注 支持。美国e p a 早在2 0 0 0 年就将植物修复写入实验室战略的长期研究报告【9 】， 科学家预言美国的植物修复市场从1 9 9 8 年到2 0 0 5 年扩展1 0 倍，超过了2 1 亿 美元【1 0 1 在植物修复技术中，重金属的植物提取技术是过去十多年中最受关注 的领域，在科学和工程上取得了很多研究进展。本论文我们所谈及的植物修复 主要指植物提取修复，其又分为“持续提取”( c o n t i n u o u sp h y t o e x t r a c t i o n ) 和“诱导 提取”( i n d u c e dp h y t o e x t r a c t i o n ) ，两者的结合已经成功应用于多起实际商业修 复工程中。 植物修复技术的关键之一在于植物材料的选择，“超富集植物”由于其特殊 的重金属富集和耐性能力，具有在植物修复中的潜力而受到广泛关注【l 。超富 集植物在自然生长和繁殖的过程中能够富集大量的重金属并转移到地上部，研 究者对z n ，c d ，p b ，n i 等重金属的超富集植物做了定义和相关的种属划分， 将在野外环境下地上部z n 、c d 含量分别超过1 和0 0 1 的植物定义为z n 、 c d 的超富集植物【1 2 】。目前，全世界发现的重金属超富集植物超过4 5 0 种，分布 在4 5 个不同的科，其中在十字花科的分布最为广泛。国际上研究最广泛的z n c d 超富集植物是t h l a s p ic a e r u l e s c e n s 和a r a b i d o p s i sh a l l e r i 。近年来，我国的植物 修复工作也逐步开展，在重金属超富集植物筛选研究上做了大量工作，目前在 国内已发现z n 、c d 、a s 和m n 超富集植物共十几种，见表1 1 。其中，同时富 集z n 、c d 两种元素的超富集植物有东南景天( s e d u ma t f r e d 玎h a n c e ) 和圆锥南 芥( a r a b i sp a n i c u l a t af r a n c h ) 。在超富集植物机理研究方面，虽然国内研究起 步较晚，但近几年国内学者也开展了大量研究，其中以东南景天为材料的的超 2 锌镉胁迫下圆锥南芥的抗氧化防御和差异蛋白质组的响应 富集机理研究最为广泛，并取得一系列成果。 表1 1 中国超富集植物汇总表 t a b l e1 1l i s to fh y p e r a c c u m u l a t o r sf o u n di nc h i n a 重金属种类植物种类文献来源 z np 。掀翻