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随着现代工业发展和世界人口的不断增长,矿石及其它来源的重金属逐渐流入周边环境,不断对土壤、水体及空气造成严重污染。重金属污染直接影响了植物尤其是作物的生长,造成农作物减产。然而,人们对植物响应重金属胁迫机制的关注远远不够。为确保合理利用植物进行重金属污染治理,亟待更多抗重金属相关机制的深入研究。实验室前期以普通小麦济南177(JN177)和长穗偃麦草为亲本,通过非对称体细胞杂交的技术,选育出耐盐碱小麦渐渗系新品种—山融4号(SR4)。利用第二代高通量测序技术从SR4耐盐碱转录组中克隆了一个受诱导上调表达的小麦谷胱甘肽转移酶基因TaGSTF3,其开放阅读框全长约669 bp。将该基因构建入双子叶植物表达载体pRI101-AN。以农杆菌介导的花器官浸染法转化拟南芥Col-0,获得了两个转TaGSTF3拟南芥过表达株系。研究发现异源过表达TaGSTF3基因的拟南芥并未表现出抗盐碱旱等逆境胁迫的功能。但经重金属硝酸铅Pb(N03)2和硫酸镍NiSO4处理后,TaGSTF3过表达拟南芥表现出对Pb2+和Ni2+的胁迫抗性。据此,本论文通过对过表达TaGSTF3拟南芥表型、功能等的初步探究,发现了TaGSTF3响应Pb2+和Ni2+的可能机制。1、过表达TaGSTF3拟南芥的铅耐受性分析在培养皿生长条件下,铅Pb2+胁迫处理后,过表达系相较野生型地上部更大,根系更长更发达;生长在土壤中的过表达系,经铅Pb2+胁迫处理后,表现出比野生型更明显的生长迟缓,植株矮小,所结荚果少的表型。通过对培养皿中生长的WT、OE1和OE2植株鲜重统计,叶绿素含量、丙二醛含量、总谷胱甘肽含量及ROS清除酶活力测定,结果显示,与野生型相比两个过表达系经铅(Pb2+)胁迫处理后,其鲜重、总叶绿素含量、总谷胱甘肽含量、POD酶活力更高;丙二醛含量及SOD酶活力则显著低于野生型,表现出更高的耐铅Pb2+胁迫能力。DAB和NBT染色结果显示转TaGSTF3过表达系积累的ROS更少。ROS相关Marker genes表达分析显示,经铅Pb2+胁迫处理后过表达系ROS合成相关Marker genes表达量显著低于野生型,ROS清除相关Marker genes表达量显著高于野生型。铅胁迫相关基因AtATM3、AtPDR12和AtGSH1的表达分析结果显示TaGSTF3可能通过AtATM3和AtGSH1调控对铅Pb2+的耐受性。利用GSH合成抑制剂BSO(丁硫氨酸-亚砜亚胺)对过表达系的抑制结果表明,转TaGSTF3拟南芥对铅Pb2+的耐受性依赖于GSH。综上,转TaGSTF3拟南芥响应铅Pb2+的机制可能与依赖GSH的代谢途径及ROS信号通路有关。2、过表达TaGSTF3拟南芥的镍耐受性分析培养皿生长条件下,镍Ni2+胁迫处理后,过表达系相较野生型地上部更大,根系更长更发达;土壤生长条件下,镍Ni2+胁迫处理后,过表达系和野生型均表现出地上部青枯,叶片褪绿、黄化,但是过表达系较野生型叶片更绿。通过对培养皿生长条件下的WT、OE1和OE2植株鲜重统计,叶绿素、丙二醛和总谷胱甘肽含量测定及ROS合成和清除酶活力测定,结果显示经镍Ni2+胁迫处理,两个过表达系植株鲜重更高,总叶绿素、丙二醛、SOD酶活力、POD酶活力及总谷胱甘肽含量显著高于野生型,表现出对镍Ni2+胁迫更高的耐受能力。DAB和NBT染色结果显示转TaGSTF3过表达系积累的ROS更少。ROS相关Marker genes表达分析显示过表达系植株在镍Ni2+胁迫处理后ROS合成相关Marker genes表达量显著低于野生型,ROS清除相关Marker genes表达量显著高于野生型。以GSH合成抑制剂BSO处理结果表明,转TaGSTF3拟南芥对镍Ni2+的耐受性依赖于GSH。综上,转TaGSTF3拟南芥耐镍Ni2+的响应机制可能与依赖GSH的代谢途径有关。ROS信号通路亦可能在TaGSTF3介导的耐受重金属镍机制中发挥重要作用。