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A1毒害被认为是酸性土壤中仅次于干旱胁迫影响作物生产的主要非生物胁迫因子。硫(S)是植物生长发育必需的大量矿质元素之一,在植物抵御生物胁迫和非生物胁迫的过程中起着非常重要的作用。因此,研究植物中Al和S的相互作用具有重要的意义。然而到目前为止,Al对S的吸收和代谢的影响还不清楚,S在植物对Al的应答机制中的具体作用也比较模糊。本文从Al胁迫对SO42-同化途径关键基因表达模式的影响入手,通过一系列的生理实验和反向遗传学实验深入系统的研究了Al胁迫下Al和S的相互作用机理,主要得到以下研究结果：1.Al3+对不同矿质元素吸收的影响存在差异性50μMAl3+处理(5d)条件下,拟南芥(六周苗龄)根系对K+、Ca2+和Mg2+等阳离子的吸收受到抑制,其中对Mg2+的吸收量下降的最为明显；然而,Al3+处理却显著的提高了Fe和P在根部的累积；另外,Al3+处理显著地抑制了拟南芥根系对S的吸收,表明Al3+对不同元素的吸收和累积的影响存在明显差异。2.Al3+抑制SULTR1;1和SULTR1;2的表达Al3+处理能快速下调SULTR1;1和SULTR1;2在野生型(Col-0)中的表达,并且在铝敏感突变体stop1中这种抑制作用更加明显,这应该是导致根系S含量降低的主要原因。然而,Al3+对SULTR1;1和SULTR1;2表达的抑制作用不是持续的,在Al3+处理3d后其表达量开始出现反弹。生理分析结果显示,Al3+处理7d后,虽然总S含量较第3d时显著下降,然而SO42-含量却没有减少,甚至有轻微增加的趋势。Al3+对-S响应基因SDI1的诱导作用也明显快于-S处理。因此,在Al3+处理3d后由于S吸收的下降,造成体内缺S,从而使得S信号逐渐占据上风,表现出对SULTR1;1和SULTR1;2表达的诱导作用。3.Al3+促进SO42-向地上部分转运和还原本研究发现Al3+处理对拟南芥地上部分总S或SO42-含量变化的影响与根系不同,前者总S和SO42-含量处于一个相对稳定的水平,而后者则会显著降低。不仅如此,Al3+处理与-S条件下拟南芥地上部分总S或SO42-含量变化也不同,后者随着时间的变化地上部分总S或SO42-含量持续性的显著下降。本人推测,Al3+处理可能促进了SO42-向地上部分的转运。参与SO42-向地上部分转运的主要基因SULTR1;3、SULTR2;1、SULTR3;5、SULTR4;1和 SULTR4;2均快速的被Al3+诱导上调,证实了以上推断。此外,Al3+处理不仅上调了负责将SO42-运输进入叶绿体的转运蛋白基因SULTR3;1的表达,而且迅速诱导了在SO42-还原生成Cys和GSH的过程中非常关键的APR基因的表达,最终导致Cys和GSH的合成量显著提高。体外生理实验也证明了GSH能明显缓解Al3+对拟南芥的毒害作用。由此可见,拟南芥能通过激活SO42-的转运和还原,提高GSH等含硫化合物的合成以抵抗Al毒和铝诱导的氧化胁迫。4.拟南芥对Al3+和SO42-的吸收具有协同性拟南芥在响应Al3+处理后促进了SO42-的转运和还原却抑制根系对SO42-的吸收,这似乎是一种SO42-供求矛盾。通过测定在不同浓度S042-梯度下Al3+处理后拟南芥根系对Al3+和SO42-的吸收,发现在-S条件下根系A1积累量显著低于其他几个含有不同浓度SO42-的处理,并且当溶液中SO42-与Al3+的摩尔比大于1时(即SO42-浓度大于50gM时),根系A1积累量随着溶液中SO42-浓度的提高虽然有所增加,但增幅不是很显著,与S042-的吸收情况相似。因此,拟南芥对Al3+和SO42-的吸收存在一定的协同性。此外,SULTR1;1和SULTR1;2的过表达株系在A1处理表现出相对野生型(Col-0)和突变体sultr1;1和sultr1;2更敏感的表型。进一步的生理实验也发现,过表达植株在提高根系对SO42-的吸收的同时也增加了A1的积累,证实了拟南芥对Al3+和SO42-的吸收的协同性关系。上述结果说明拟南芥响应Al3+处理后抑制SO42-的吸收可能属于一种适应性机制。5.生长素参与调控拟南芥对A13+和SO42-的吸收Al3+处理快速诱导了根尖IAA的合成,后者是根伸长收到抑制的主要原因。PILS5是一个类似PIN的生长素转运子,在细胞生长素的内稳态中起重要作用。本研究发现Al3+处理快速诱导PILS5的表达。另外,pils5突变体Al3+处理后根系Al积累量较野生型显著的降低,却并没有表现出耐铝的表型,可能是因为突变体根系中含有有较高含量的内源IAA。进一步的研究发现,pils5突变体中SULTR1;1和SULTR1;2的表达水平在对照条件和Al3+处理条件下较野生型均有显著的下调,由于本研究发现拟南芥根系对Al3+和SO42-的吸收具有一定的协同性,因此pils5突变体根系中Al积累量显著下降。综合上述,Al3+处理条件下负责SO42-吸收与SO42-转运和还原过程关键基因的差异性表达是拟南芥对Al3+胁迫早期应答的一种适应性机制。PILS5介导的生长素内稳态在根系对Al3+胁迫的响应中起着非常重要的作用。