镉是对所有生物细胞毒害最大的重金属之一。近年来,随着工业化矿物开采加快和在农业生产中过度使用化肥,镉污染在世界范围内呈现增长的趋势,目前已成为公众最为关注并迫切要求解决的一个环境问题。我国人口众多而耕地面积十分有限,修复重金属污染土壤并恢复土壤生产力尤为重要。植物修复是清除土壤重金属污染的最理想途径。植物修复技术是利用超富集植物,清除被污染土壤中的重金属,具有经济、环保及避免二次污染等优点。获得自然生长或遗传培育的超富集植物,是推进该技术大规模应用的关键。　　 本文以发现一批与抗镉相关的蛋白质靶标为目标,从超富集植物美洲商陆(Phytolaccaamericana L.)叶片蛋白质组入手,对镉处理前后蛋白质的表达模式进行比较研究。首先,我们通过溶液培养对幼苗进行不同浓度和不同时间(1-96h)镉胁迫处理,确定样品采集浓度和时间,提取叶片可溶性蛋白并进行双向聚丙烯胺凝胶电泳分离,获得了分辨率高、重复性好的双向电泳图谱。其次,我们通过ImageMaster软件分别比较了对照和处理样品蛋白质凝胶电泳图谱的变化,确定了丰度发生两倍以上变化的差异表达蛋白点,经质谱分析和蛋白数据库搜索,获得了由25个基因编码的32个差异表达蛋白点鉴定结果,发现有14个基因表达产物呈现明显增加、11个呈现明显减少的趋势。为了验证蛋白质组学揭示的差异表达蛋白的可靠性,我们又通过免疫印迹方法对5个相关蛋白的表达水平进行分析,发现与双向凝胶电泳揭示的变化趋势基本一致。进一步对差异表达蛋白的功能进行分析,发现光合作用相关蛋白所占比例最大,其次为硫代谢和谷胱甘肽代谢相关蛋白。三分之一的上调表达蛋白与转录、翻译及蛋白质量控制有关。抗氧化蛋白和氧化还原反应相关的酶蛋白的表达丰度也发生了明显的变化。为了验证新发现的商陆烯醇化酶的抗镉功能,我们采用3’和5’RACE的方法,克隆了编码该酶蛋白基因的cDNA全长序列,在大肠杆菌中表达、筛选,获得了转基因的细胞系。镉抗性实验的分析结果发现,转化了商陆烯醇化酶基因的大肠杆菌表现出比对照高的抗镉性状,表明了商陆烯醇化酶在抗镉方面的生物学功能。这些研究结果不仅揭示了超富集植物商陆镉抗性的蛋白质分子基础,也为阐明植物抗镉的分子机理、系统发掘遗传改良的靶标基因,提供了可利用的新材料和新方法。