商陆(Phytolaccaamericina)是一种重金属超富集植物，对Cd，Mn等多种重金属都具有较强的富集能力，最近几年研究表明商陆对Mn有着超强的富集能力，是研究重金属富集机理的重要植物。本论文以商陆为研究对象，研究分以下三个部分：第一部分通过构建抑制消减杂交文库，从Cd胁迫的商陆幼苗中分离并获得了一系列的受镉诱导上调表达的基因，并对其进行了基因功能的分类和通过RT-PCR技术对其中一些基因的表达模式进行了研究。获得了一系列的全长基因序列；第二部分对商陆幼苗在不同浓度的Cu，Mn和Zn处理下的重金属离子吸收，分布，离子之间的互作以及生理生化方面的响应进行了研究；第三部分主要是通过农杆菌介导的转基因技术，通过转化模式植物拟南芥对一些相关基因进行了功能方面的验证。　　一、商陆SSH文库的构建以及基因芯片制作　　以不同Cd浓度胁迫下的商陆幼苗为材料，提取总RNA，逆转录后构建商陆的正反文库，随即挑选了719个单克隆，通过测序比对对其中一些可能参与Cd胁迫的基因进行了分类，为了检测SSH文库的质量和进一步筛选一些抗重金属的基因，我们通过基因芯片技术，对随机挑取的480个单克隆进行了验证，结果挑选出105个在400μmol浓度下上调表达的EST序列，其中有45个基因上调倍数明显，通过序列比对和功能分类，我们发现这些上调表达的基因参与了细胞信号转导，离子转运，基因转录与蛋白质翻译等各个方面，进一步证实了Cd胁迫诱导的基因在分子水平上的积极响应。对筛选到的18个基因进行了Real-timePCR分析，发现这些基因都受到重金属Cd的诱导表达。ROS染色和根系PI染色结果发现，ROS在根系中的大量累积导致了根系细胞的死亡，从而参与了信号转导而刺激了地上部叶片中的防御系统。Cd进入植物体之后，改变了叶片的抗氧化防御系统，使得SOD酶和POD酶等抗氧化酶活性发生了改变。　　二、商陆富集重金属离子后的离子互作效应　　结合同步辐射技术和ICP-MS技术，研究了Cu，Mn和Zn胁迫下商陆叶片中的重金属分布以及重金属累积与离子之间的互作效应。结果发现：不同浓度的重金属处理下的商陆幼苗表现出不同的症状，低浓度的Cu和Zn处理下的幼苗表现出明显的缺素症状而导致萎黄；而在高浓度的Cu处理下叶片中的微量元素如Fe，Mn，Zn等的相对含量在短期内有所上升，分析激发普线显示高浓度的Cu处理下，Cu与Fe，Zn等元素是共存的，这几个元素之间不存在离子竞争或抑制作用。而Mn处理之后，Fe，Zn等元素的相对强度明显的上升，而Zn元素的相对强度有所下降，Cu元素的相对强对在叶缘处有所下降但是在其他部位有所上升，这说明了Mn处理之后能促进Cu离子的吸收，但是却改变了离子在叶片中的分布，Mn长期处理之后会导致植物缺Zn。而Zn处理之后，很明显的降低了Fe离子的相对强度，同时影响了Mn，Cu等离子的吸收，因此长期的Zn胁迫后导致的严重缺Fe及Mn和Cu等症状是加剧重金属毒害的重要原因。　　与此同时，我们分析了重金属Cu，Mn，Zn胁迫之后商陆的生理生化方面的响应。重金属处理后导致植物体内过氧化物质的大量累积从而造成氧化胁迫，不但破坏了细胞膜的完整，而且造成了蛋白质的变性及DNA的断裂。我们的研究结果表明，Cu处理之后的商陆幼苗出现生长受抑制，蛋白质含量减少，MDA含量升高等一系列的伤害症状，同时抗氧化系统也发生了明显的改变与修饰：Cu处理之后促进了POD和APX含量的升高，但是却抑制了CAT和SOD的活性。而Mn处理之后的商陆幼苗，叶绿素含量和总蛋白含量没有明显的变化，并且保持着较高的SOD和CAT酶的活性，但是却明显的抑制了POD和APX酶的活性；Zn处理后的商陆幼苗保持着较高的POD和APX酶活性，而却导致SOD和CAT酶活的下降。与此同时发现叶片中叶绿素含量明显下降而MDA含量有着较明显的提高。　　三、商陆Fe-SOD，GST，MT和AAP基因的克隆及转基因酵母的功能分析　　我们通过对基因文库进行筛选分析后发现大量的与抗氧化胁迫有关的基因，为了进一步的验证基因的功能，通过RACE技术获得了Fe-SOD，GST和MT基因的全长序列，并且通过构建Pyest2载体转化重金属敏感型酵母菌株YK44，在不同浓度的Cd胁迫下观察到转基因酵母菌株与对照相比具有较强的耐受Cd的能力，通过进一步的ICP-MS检测到转基因酵母体内富集的Cd浓度要比对照强。经过实验我们进一步的证实了这些基因参与了商陆对重金属的耐受及富集。Pa-AAP是属于商陆细胞膜跨膜转运蛋白家族的，同源性比对和进化树分析发现，Pa-AAP与拟南芥的组氨酸特异性转运蛋白基因具有较高的同源性，暗示它们在功能上可能具有相似性。qRT-PCR分析显示，该基因在根中的表达量略高于茎叶部，主要受重金属锰的诱导表达，而对旱、寒、胁迫应答不明显。初步研究证明它们在植物重金属耐性和超富集过程中可能发挥重要的作用。转基因拟南芥的功能分析发现，转基因植株具有较强的耐受外源Mn的能力。