铜(Copper, Cu)是植物生长发育所必需的微量营养元素，然而当Cu浓度过高时则会对植物体产生严重的毒害效应。近年来，随着含Cu农药、杀菌剂、防腐剂的广泛使用以及采矿、冶炼、制造等工业的快速发展，使得环境中Cu浓度大大增加。目前，Cu已成为导致环境污染的重要重金属元素之一。植物根系是最先接触和感受重金属毒害的器官。本文选用Cu作为胁迫因子、对Cu胁迫敏感型的植物——洋葱(Allium cepa var.agrogarumL.)作为研究对象，从细胞生物学及分子生物学角度，以现代生物技术为研究手段，系统研究Cu胁迫对洋葱根系的毒害作用，为进一步阐明Cu对植物根系毒害的细胞分子机理及揭示植物防御Cu胁迫的机制提供科学依据。同时，对Cu污染的环境质量监测与评价，也具有重要的理论与实践价值。本研究取得的主要结果如下:　　1.Cu胁迫对洋葱根尖细胞有丝分裂及DNA的影响。经过一系列的浓度梯度摸索后，确定了三个实验组，分别是对照组、2.0μM Cu处理组和8.0μM Cu处理组;胁迫时间分别为12h、24h和36h。实验结果表明:不同浓度Cu胁迫后致使Cu在根系中过量积累，过量的Cu显著抑制了洋葱根生长并导致其外部形态发生畸变;Cu胁迫可导致根尖细胞染色体发生畸变，畸变类型主要包括C-中期、染色体桥、染色体粘连和微核，并导致有丝分裂指数显著下降;微管骨架与细胞有丝分裂过程密切相关，经Cu胁迫后，根尖分生组织细胞中微管骨架的空间排布发生改变，且α-微管蛋白的表达量在Cu胁迫36h后显著下降;此外，Cu胁迫可导致DNA损伤，并使细胞DNA复制活性显著下降。上述毒害现象随Cu浓度的增加和胁迫时间的延长而加剧。　　2.Cu胁迫下洋葱根的改良蛋白质组学分析。为了明确与Cu相关的靶点蛋白，进而从蛋白水平阐明植物根系对Cu胁迫的响应，本文对2.0μM Cu和8.0μM Cu分别胁迫12h后的洋葱根的蛋白质组学进行了分析。通过对各实验组高质量双向电泳图谱的分析和比对，筛选出了32个表达量具有显著差异的蛋白点，通过二级质谱鉴定、建立虚拟蛋白质数据库及基于此的电子酶切库数据比对，成功鉴定了27个差异表达蛋白。27个蛋白按功能注释可分为5类，即参与胁迫防御、转录调控与蛋白质合成、细胞壁合成、细胞周期与DNA复制及其他重要生物学过程。本研究改进的研究策略对非模式植物蛋白质组学研究具有重要意义。　　3.Cu胁迫下洋葱根的转录组学分析。基因水平与蛋白水平存在时间和空间上的差异。本文进一步利用转录组测序技术（即RNA-Seq），研究了不同浓度Cu胁迫对洋葱根中基因表达水平的影响，并利用生物信息学手段分析了差异基因的功能及参与的代谢通路。经2.0μM Cu和8.0μM Cu分别胁迫12 h后，Cu_2 vsControl比较组一共有1925个差异基因，其中349个基因上调表达、1576个基因下调表达;Cu_8 vs Control比较组一共有5702个差异基因，其中4422个基因上调表达、1280个基因下调表达，高浓度Cu胁迫对洋葱根中基因表达水平产生的影响更大。利用Nt、Nr、Pfam、KOG、SwissProt、KO和GO7个数据库对各比较组中差异基因进行了功能注释和富集分析，并最终从KEGG富集分析结果中筛选出了以下12条代谢通路（Pathway）进行重点分析:植物激素信号转导、鞘脂代谢、谷胱甘肽代谢、苯丙烷类的生物合成、氧化磷酸化作用、糖酵解、DNA复制、细胞周期、肌动蛋白骨架调节、错配修复、核苷切除修复和RNA聚合酶。实验结果表明:胁迫12h后，Cu显著影响了洋葱根的上述12条生化代谢途径和信号转导途径，这些Pathway是Cu对细胞毒害的早期作用位点，也是细胞对Cu胁迫最先做出响应的关键点。