铝(Al)毒是酸性土壤中限制作物生长和产量的重要因素之一，近年来，在胁迫植物生理学领域，针对Al毒和耐Al的分子机制研究取得重大进展。植物在进化过程中产生了两种重要的抗Al毒机制，分别是Al的外部排斥和内部耐受。其中，程序性细胞死亡(PCD)的负调控也是一种Al的内部耐受机制。Al3+在诱导酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)凋亡发生时，伴随着胞质钙离子(Ca2+)水平的上升，而在酵母中过量表达凋亡抑制因子时，胞质Ca2+水平下降。但是胞质Ca信号在PCD中的调控作用及其抗Al毒的内部耐受机制仍不清楚。本论文研究了酿酒酵母液泡Ca2+泵Ca2+-ATPase Pmc1p、细胞内Ca2+螯合剂BAPTA-AM和凋亡抑制因子调控胞质Ca2+水平的功能以及胞质Ca2+浓度及其稳态在Al3+诱导酵母细胞死亡中的调控作用。取得主要结果如下：　　 1.通过测定一系列酵母Ca2+通道突变体的Al毒敏感性，发现与野生型和其它Ca2+通道突变体相比，液泡Ca2+-ATPase PMC1的突变体(pmc1)对Al毒更加敏感。　　 2.在Al3+处理条件下，野生型和pmc1突变体菌株都发生了细胞凋亡，而且pmc1突变体发生凋亡的细胞数目显著多于野生型，说明pmc1突变体由于液泡Ca2+通道异常，失去利用液泡调节胞质Ca2+水平的功能，引起胞质Ca2+浓度增加，促进PCD发生。暗示胞质Ca信号上升是Al3+诱导酵母细胞发生PCD的一个早期事件。　　 3.为了分析pmc1突变体对Al毒敏感是否具有特异性，进一步用可以诱导酵母细胞发生凋亡的其它胁迫因子山梨醇、铜离子(Cu2+)和镉离子(Cd2+)作实验，结果表明pmc1突变体只对Ca和Al胁迫敏感。　　 4.野生型和pmc1突变体细胞在不同pH值的培养基上生长能力相似，pH的变化几乎没有改变胞质Ca2+水平。而在Al处理条件下，pmc1突变体比野生型对Al毒更加敏感。说明pmc1突变体和野生型酵母在Al胁迫下产生的差异是由Al毒引起的而不是由于加入Al3+降低培养基pH值所引起的。　　 5.为了研究PMC1能否缓解pmc1突变体对Al毒的敏感性，构建了PMC1的表达载体并将其转到野生型和pmc1突变体菌株中。结果表明，在Ca、Al胁迫处理下，过量表达PMC1的菌株胞质Ca2+水平降低，从而增强了对Ca和Al胁迫的耐受性。　　 6.胞内Ca2+螯合剂BAPTA-AM的实验表明，在1mM Al3+处理酵母细胞时，胞内Ca2+水平随加入BAPTA-AM浓度的增加而呈下降的趋势，并且BAPTA-AM的加入使酵母细胞存活率上升。说明BAPTA-AM可以抑制胞质过多的游离Ca2+，缓解Al对酵母的毒害作用。证实了Al3+诱导酵母细胞死亡是通过胞内Ca信号波动和Ca2+稳态调控的。抑制Al3+诱导胞质Ca2+的上升可以降低Al对细胞的毒害作用。　　 7.为了研究凋亡抑制因子能否缓解pmc1突变体对Al毒的敏感性，将凋亡抑制基因(Bcl-2、Ced-9或PpBI-1)转入野生型和pmc1突变体菌株中。结果表明，在Al3+处理条件下，转基因酵母细胞中Al3+诱导胞质Ca2+上升的水平明显低于对照细胞，表达Bcl-2、Ced-9或PpBI-1的转基因酵母细胞对Al胁迫的耐受性提高，说明Al3+诱导胞质Ca2+水平上升可以被抗凋亡蛋白所抑制，凋亡抑制因子能够部分弥补Ca2+-ATPase PMC1的功能。因此，可以通过对PCD的负调控调节胞质Ca2+稳态，从而缓解Al对细胞的毒害作用。　　 8.为了研究Ca信号的分子机制，用荧光定量RT-PCR分析Ca信号途径因子的表达情况。其中PMC1、CMD1、CNB1和PLC1的表达水平在Al3+处理下发生变化。结果表明这些与Ca相关的基因参与了酵母中Al胁迫的应答。