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土壤中的重金属污染由于难以觉察，很容易通过食物链对人体构成危害。传统的修复方法由于很多局限性，难以对我国量大面广的农田重金属污染进行修复。本课题组首次提出了从传统农作物中筛选抗污染品种(Pollution-safeVariety，简称PSV)，并用来对农田重金属污染进行修复的新策略，对于我国乃至世界农田重金属污染修复都有重要的意义。本研究以玉米为对象，测定了25个玉米品种不同器官在重金属(Cd和Pb)胁迫下积累和吸收重金属能力的差异，证明了玉米Cd-PSV和Pb-PSV存在的可能性，然后从组织学、生物化学、细胞学、生理学特性等方面比较了玉米Cd-PSV和Pb-PSV与其它富集特征玉米品种的差异，最后应用抑制性扣除杂交法(SSH)结合差异显示法和反式Northern杂交方法研究了Cd-PSV对Cd胁迫响应和适应的分子生物学机制。主要结果如下：1.在轻度Cd和Pb胁迫下，玉米的Cd-PSV和Pb-PSV是普遍存在的；在重度Cd胁迫下(浓度16.5mg·kg-1)，推荐品种No.1、No.2和No.3为Cd-PSV(全文玉米品种均以根系Cd含量降序编号)，中度Pb胁迫下(浓度595.6mg·kg-1)，推荐品种No.5、No.23、No.22和No.13为Pb-PSV。
2.0.1mMCd胁迫下，相对于其它品种，Cd-PSV品种No.1、No.2和No.3根和叶的细胞壁承担了更大的减轻Cd毒害的功能，体内的Cd主要以弱结合态、磷酸盐及草酸盐等难溶的形式存在，可溶性盐的比例较低。品种No.7体内Cd主要以活性较强的乙醇、H2O和NaCl可提取态存在，所受的毒害主要集中在叶绿体、线粒体和细胞核上。品种No.25根部的细胞壁对Cd具有更强的阻碍作用，细胞核、线粒体和叶绿体受到的Cd毒害较强。亚显微结构研究表明，Cd胁迫下品种No.1叶绿体、线粒体和细胞核对Cd具有更强的耐性，受到损伤最轻，与品种No.2的差别主要表现在线粒体对Cd的耐性上。品种No.7的叶绿体、线粒体等均受到严重的损伤，但对Cd仍保持了较高的耐性，在降低Cd毒害方面可能存在其它机制。品种No.25根部细胞壁和细胞膜限制了对Cd的进一步吸收，但其它细胞器仍受到较严重的损伤。
所测的SOD、POD和CAT对Cd胁迫均有一定的应激反应和耐受能力。随着Cd浓度的升高，品种No.1和No.2的抗性酶活性大于其它品种或居于前列，其中POD和CAT活性在时间顺序上有一定的互补性，由此而缓解了MDA浓度的升高，品种No.2和No.3除了抗氧化酶系统外，还可能存在其他的抗氧化机制。品种No.7根部三种酶活性较高，但其地上部分POD活性在高Cd浓度时出现较大幅度下降，使MDA含量上升。品种No.24和No.25地上部分SOD活性和品种No.25地上部分CAT活性可能成为吸收Cd的颈瓶，它们对Cd的解毒贡献不大，导致了MDA含量较大幅度上升。
3.10mMPb胁迫下，相对于其它品种，Pb-PSVNo.5、No.23和No.22中Pb的迁移能力更弱，品种No.5的NaCl提取态仅在Pb诱导后才出现，可能有Pb诱导的蛋白参与了解毒。品种No.12体内Pb的迁移能力更强，根部质体受到Pb毒害的风险较大，地上部分Pb富集能力较强，对Pb有较强的解毒功能。品种No.14和No.19体内Pb具有更强的转运能力，体内可能存在其它的解毒机制。
Pb胁迫下，相对于其它品种，品种No.5的细胞壁、细胞膜、叶绿体具有更强的耐性，线粒体和细胞核的耐性居前列。品种No.12根部细胞壁、细胞膜受损伤最严重，但其叶绿体、细胞核和线粒体受到却较轻，尚有较大的耐受潜力；Pb对品种No.14和No.19的毒害主要集中在叶绿体和线粒体上。
与其它品种相比，Pb胁迫下，品种No.5和No.23的抗氧化酶系统中可能起着更加重要的作用，随着胁迫浓度的升高这种作用有加强的趋势，品种No.22的SOD和CAT对Pb的解毒贡献不大。品种No.12POD对Pb胁迫缺乏耐受性，而SOD和CAT表现较强的适应机制。品种No.14和No.19抗氧化酶系统的效率不如其它品种，它们对降低Pb毒害的能力很低，导致了根部MDA含量增加。
4.应用SSH结合差异显示法和反式Northern杂交，分离到了一些与Cd胁迫相关的cDNA片段，这些片段与包括金属硫蛋白基因(MT)等已经被证实的Cd透导基因具有显著的同源性。在Cd胁迫的第一阶段(0-1h)分离出了与人类Zn转运蛋白和类人猿的一个待确定的蛋白具有显著同源性的克隆。在第二阶段(1-12h)发现与编码Zn转运蛋白基因、MT、拟南芥硫氰酸酶家族、拟南芥和类人猿中一个尚未确定的编码蛋白基因有显著同源性的克隆。在第三阶段(12-48h)与MT、ATP磷酸核糖基转移酶、拟南芥硫氰酸酶类、Zn转运蛋白、马铃薯磷脂酶、PCs1和水稻热胁迫转录因子Spl7具有显著同源性的克隆被分离出来，其中马铃薯磷脂酶、ATP磷酸核糖基转移酶和水稻热胁迫转录因子Spl7均是在Cd胁迫48h后的玉米中被首次检索到。