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本文在课题组前期试验的基础上,以铅超富集植物普陀山苔草(Carex putuoshanensis sp.)和铅富集植物金叶苔草(Carex evergold)为研究对象,按照课题组前期研究的最佳铅锌处理浓度,以空白为对照,通过铅(Pb)(600 mg/L)、锌(Zn)(125 mg/L)单一和铅锌(Pb+Zn)复合(Pb 600 mg/L、Zn125 mg/L)三个胁迫,对两种苔草在幼苗期、开花期和立枯期的生长响应,Pb、Zn富集及谷胱甘肽(glutathion,GSH)含量和γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(GCS)表达进行研究,探讨两种苔草在三个生长期铅锌胁迫下的Pb、Zn富集特征和GSH的表达,进一步揭示GSH表达在两种苔草铅锌富集过程中的作用,为植物修复的应用及植物对重金属耐性机制的研究提供参考。研究结果如下:(1)Pb、Zn、Pb+Zn胁迫下,与对照相比,开花期是普陀山苔草和金叶苔草对Pb、Zn胁迫响应最敏感的时期;开花期的Pb、Zn、Pb+Zn各胁迫间,普陀山苔草Pb+Zn胁迫下Pb含量大于Pb胁迫下的Pb含量,而金叶苔草则相反。因此,一定浓度的Zn促进了普陀山苔草对Pb的吸收,而抑制了金叶苔草对Pb的吸收;普陀山苔草的Pb含量大于金叶苔草。(2)Pb、Zn、Pb+Zn胁迫促进了普陀山苔草和金叶苔草不同生长期GSH的合成,在开花期,两种苔草GSH含量最大。开花期的Pb、Zn、Pb+Zn各胁迫间,普陀山苔草在Pb+Zn复合胁迫下,地上部和地下部GSH含量分别比Pb、Zn单一胁迫增加了33.45%、24.80%和76.81%、9.78%,Pb+Zn复合胁迫对普陀山苔草GSH的合成表现为协同作用;而金叶苔草地上部和地下部GSH含量分别比Pb、Zn单一胁迫减少了40.07%、18.37%和14.79%,Pb+Zn复合胁迫对金叶苔草GSH的合成具有抑制作用。(3)普陀山苔草和金叶苔草GSH合成酶GCS基因及编码的蛋白结构分析发现,普陀山苔草GCS基因(CpGCS)和金叶苔草GCS基因(CeGCS)分别含有1314bp和1392bp个碱基组成的开放阅读框,分别编码437个和463个氨基酸,其分子量分别为50.99和53.11KDa,均属于亲水性蛋白,亚细胞定位预测Cp GCS和CeGCS基因编码的蛋白主要位于细胞核和线粒体。CpGCS基因和CeGCS基因的氨基酸序列与百日菊、水稻、玉米的相似性分别为88%,83%、87%,85%、88%,90%。该基因的氨基酸序列中包含谷氨酸-半胱氨酸连接酶和γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的结构域,该结构域是两种苔草响应Pb、Zn胁迫的关键。通过对Pb、Zn、Pb+Zn胁迫下两种苔草在不同生长期植物组织中GCS基因表达分析发现,两种苔草地上部和地下部GCS均上调表达,在开花期GCS基因表达量最大;开花期的Pb、Zn、Pb+Zn各胁迫间,普陀山苔草CpGCS地上部和地下部表达量在Pb+Zn胁迫下最大。同时CpGCS表达量大于CeGCS表达量,这说明CpGCS蛋白催化合成的GSH,其结合Pb的量高于CeGCS蛋白催化合成的GSH,这也是普陀山苔草的一个特性。(4)Pb、Zn和Pb+Zn胁迫下,GSH的表达对普陀山苔草和金叶苔草Pb的吸收和转运具有显著正相关作用。