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镉(Cadmium，Cd)对植物具有很强的毒害作用，但是却存在一些镉超富集植物，能在地上部积累非常高浓度的镉而不表现出毒害现象。镉超富集植物不仅是土壤镉污染植物修复治理的关键性材料，而且该类植物中蕴含了镉吸收转运和解毒相关的重要特异基因。伴矿景天（Sedum plumbizincicola）是在我国古老铅锌矿区发现的一种镉超富集植物，然而关于这种镉高抗性超富集分子机制的了解还很少。本研究首先建立了景天类植物的遗传转化系统，并在实验室前期获得重金属转运蛋白基因Sp HMA3的基础上，利用酵母细胞开展SpHMA3重金属离子转运的功能分析，进一步在伴矿景天植物中研究该基因的功能。本研究在镉超富集植物中直接揭示镉高抗性的分子机制。 为了研究SpHMA3在伴矿景天镉超富集和高抗性分子机制中的作用，以伴矿景天和镉非超富集东南景天为材料，首先建立了这两种植物的遗传转化体系。利用景天易于无性繁殖的特性，提出以丛生芽作为受体系统进行农杆菌介导的遗传转化的研究设想。通过优化茎段丛生芽诱导的条件，在含有0.1 mg/L6-苄基腺嘌呤(6-BA)和1.0 mg/Lα-萘乙酸(NAA)的MS培养基上进行丛生芽的诱导。以这些密集的芽原基为农杆菌转化的直接对象进行遗传转化。同时，研究发现伴矿景天和非超富集东南景天丛生芽对潮霉素(Hyg)非常敏感。将受农杆菌侵染的外植体在含20 mg/L Hyg的芽诱导培养基上筛选培养，然后将具有潮霉素抗性的绿色组织转移到30 mg/LHyg的条件下继续筛选。筛选出的潮霉素抗性植株在MS培养基上诱导生根后转移到土壤中栽培。经分子鉴定外源基因在转基因植物中可获得稳定遗传。利用该遗传转化体系，获得了SpHMA3基因沉默的伴矿景天（SpHMA3-RNAi）转基因植株和表达GFP-SpHMA3融合蛋白的镉非超富集东南景天转基因植株。 利用酵母细胞异源表达SpHMA3基因，发现SpHMA3能够特异性转运Cd2+。表达SpHMA3的酵母对Cd2+敏感性增加，细胞中镉积累量增多;对Zn2+、Mn2+、Pb2+等重金属离子没有明显表型。SpHMA3定位在液泡膜等内膜系统上，参与Cd2+向液泡的区隔化转运，使镉含量增加;但由于同时存在异源表达的错误定位，可能也促进Cd2+向其它细胞器转运，使得表达SpHMA3的酵母对Cd2+敏感。 基因表达特异性分析发现，SpHMA3基因在伴矿景天的茎叶中高表达，叶的转录水平是根部的12-16倍。结合RNAi干扰技术成功获得SpHMA3基因沉默的伴矿景天转基因株系SpHMA3-RNAi，将SpHMA3基因的转录水平降低到野生型伴矿景天的15％以下。SpHMA3-RNAi植株对Cd胁迫变得非常敏感，幼叶、新生叶和幼茎的生长受Cd2+严重抑制;但新叶形成的数量及根的生长却不受Cd2+影响。进一步分析野生型和SpHMA3-RNAi伴矿景天中镉含量，发现二者没有明显差异;均为幼叶和茎中镉含量最高，成熟叶中次之，根中最低。说明SpHMA3在幼叶、新生叶和茎的镉解毒中发挥重要作用，但不直接决定伴矿景天对镉的超富集。通过观察GFP-SpHMA3融合蛋白的亚细胞荧光定位，发现SpHMA3定位在景天细胞的液泡膜上，表明SpHMA3通过将Cd2+向液泡区隔化转运实现对镉的解毒。 上述结果说明，在伴矿景天超富集重金属镉的过程中，主要定位于地上部茎叶细胞液泡膜上的Cd2+特异性转运蛋白SpHMA3，通过液泡区隔化Cd2+实现对幼叶和幼茎细胞中高浓度镉的解毒，从而维持这些新生幼嫩组织正常生长发育。Sp HMA3基因的高水平表达对伴矿景天Cd2+高耐性是必需的。