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我国锰矿资源丰富,锰矿的开采和冶炼加剧了土壤锰污染的风险。尽管锰是生物必需的微量元素,然而过量的锰会抑制作物生长,对人体健康造成危害。利用植物吸收、转移重金属可降低土壤中重金属的含量,是一种绿色环保的环境修复技术。木本植物的生物量大,生命周期长,在重金属的植物修复中具有独特的优势。但是通常木本植物积累重金属的能力很低,且大部分的重金属积累在木本植物的根部。通过沙培试验我们发现了一种新的锰超富集木本植物-西南木荷(Schima wallichii),在锰污染的植物修复中具有非常好的应用前景。本文以1年生西南木荷为材料,经50 mmol/L和100 mmol/L锰处理,利用植物生理生化方法、代谢组学及基因组学的方法,研究了在锰胁迫下西南木荷的生理响应,代谢途径及基因表达的变化,从生理生化及分子水平阐述了西南木荷富集锰的机制。主要结果如下:1、Mn处理一个月后,发现随着Mn处理浓度的增加,西南木荷根、茎、叶中Mn含量均显著增加。100 mmol/L处理的叶片中Mn含量可高达10946.3 mg/kg,并且对Mn的转移系数和根系耐性指数均大于1,达到了Mn超富集植物的标准。Mn处理对西南木荷叶片和茎中的Mg、Ca、Fe、Cu、K、Zn元素的含量没有显著影响;但是显著增加了西南木荷根部Fe、Cu和Zn的含量。Mn处理未显著影响西南木荷叶片中丙二醛(Malonaldehyde,MDA)的含量;叶片中超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)的活性下降,但过氧化氢酶(Catalase,CAT)和过氧化物酶(Peroxidase,POD)的活性均上升,说明这两种酶在西南木荷抵御Mn胁迫中起着重要作用。在100 mmol/L Mn处理中加入苹果酸显著降低了西南木荷叶片中Mn的含量和Mn转移系数;同时西南木荷根部的Fe、Cu和Zn的含量也有下降的趋势。2、利用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)技术测定了西南木荷叶片在Mn处理下的有机小分子物质的相对含量,结合非监督式的主成分分析(PCA)、有监督的偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)等多元统计方法分析了西南木荷在Mn胁迫下的代谢变化。依据NIST数据库从样品中共鉴定出78种差异显著的代谢物(VIP>1),其中有18种物质属于氨基酸。在Mn胁迫下,含量显著上升的氨基酸包括脯氨酸代谢途径中的鸟氨酸、谷氨酸和瓜氨酸,赖氨酸代谢途径的赖氨酸、天冬氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸以及芳香族氨基酸代谢途径的酪氨酸和苯丙氨酸,说明这三个氨基酸代谢途径在西南木荷抵御Mn胁迫过程起到了重要作用。3、对0 mmol/L Mn(CK)和100 mmol/L Mn(W2)处理的西南木荷叶片进行了转录组从头测序。结果发现100 mmol/L Mn(W2)处理的西南木荷叶片中有119个基因表达上调,145个基因表达下调。通过KEGG pathway分析,在锰胁迫下西南木荷叶片中氨基酸的生物合成和苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成中编码莽草酸脱氢酶的基因表达上调,从转录水平解释了西南木荷叶片中酪氨酸和苯丙氨酸含量在Mn处理中增加的机理。