酸雨是世界性的环境污染问题之一,它可导致环境酸化,影响植物的正常生长和发育。本文以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)为材料,对其进行模拟酸雨处理,研究了其在酸雨处理下某些生理指标的变化,并利用基因芯片技术检测了酸雨对拟南芥基因表达谱的影响,为后续耐酸相关基因的克隆和抗酸性新品种的培育提供良好的基础。本文采用pH2.5、3.0、4.0、5.6(对照)的模拟酸雨喷洒处理野生型拟南芥(WT)和钙受体蛋白CAS反义植株(CASas),探讨了不同pH值模拟酸雨对两种拟南芥材料叶片伤害、叶绿素含量、可溶性蛋白含量、丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)三种抗氧化酶活性的影响。结果表明:模拟酸雨处理一周后,两种拟南芥叶片的叶绿素a/b,SOD和CAT的活性随着酸雨pH值的降低而降低,叶片可见伤害面积、可溶性蛋白含量、MDA含量和POD活性则呈上升趋势。pH<3.0的模拟酸雨会对拟南芥造成严重伤害,且WT对酸雨的耐受性远大于CASas。为了进一步探索植物对酸雨的应答机制,本文利用Affymetrix公司的拟南芥全基因组芯片ATH1分析了pH3.0模拟酸雨处理8h、32h、68h和116h后,WT的基因表达谱的变化(样品编号记为A8,A32,A68,A116,C8,C32,C68,C116),共检测到酸雨相关的表达量变化两倍以上的差异表达基因439个,己知功能及有推定功能的有394个,共分为15大类,涉及物质代谢、环境应答、信号转导等生命活动的各个方面。pH3.0模拟酸雨处理后8h,32h,68h和116h,处理组与对照组的差异表达基因数分别为55,66,25和30。其中,表达上调的基因数分别为28,24,19和14;表达下调的基因数分别为27,42,6和16。酸雨处理组样品之间的比较中,A8和A32的差异表达基因有35个,其中上调基因15个,下调基因20个;A32和A68的基因表达差异极其显著,差异表达基因为370个,其中上调基因203个,下调基因167个;A68和A116的差异不大,仅有22个。我们推测酸雨处理32-68h之间存在拟南芥对酸雨的耐受阈值,各种生理反应发生剧烈变化,基因的表达量表现出显著差异。通过综合分析各类基因的表达规律后发现:13个钙结合蛋白的编码基因、15个活性氧代谢相关基因的表达量在酸雨处理下发生显著变化,表明钙信号的转导,活性氧的代谢在拟南芥应答酸雨信号过程中起重要作用;与植物抗逆相关的锌指蛋白类转录因子、NAC转录因子、ERF/AP2转录因子和MYB转录因子的基因表达量随着酸雨处理时间和强度的增加而呈上升趋势,调控这些基因的表达可能会增强植物的抗酸能力。此外,37个与植物次生代谢相关基因表达量发生变化,木质素、生物碱等次生代谢产物的合成在酸雨处理下加强;7个编码光合色素蛋白的基因也随酸雨处理时间和强度的增加而上调表达,以尽力维持光合作用的正常进行。植物对逆境的响应是一个多基因影响多途径参与的复杂过程,上述基因表达量的变化表明拟南芥启动了多种途径以抵御酸雨的伤害。另外,我们还检测到在酸雨处理初期,与水杨酸(SA)途径相关的基因呈上调表达趋势,而在酸雨处理68h以后,SA途径相关基因的表达转而下调,茉莉酸(JA)途径相关的基因表达量大幅上调。我们推测,在酸雨处理前期,拟南芥的应答途径与SA信号转导途径相关,但随着酸雨处理时间与强度的增加,超过其耐受的阈值,SA途径介导的的保护效应开始减弱,JA介导的信号转导途径起主导作用。我们还利用生物信息学手段,综合分析了酸雨、低温、干旱、渗透胁迫、遗传毒性胁迫、UV-B和机械损伤7种非生物胁迫对拟南芥基因表达谱的影响。结果表明,酸雨胁迫下拟南芥的基因表达谱和机械损伤最为类似,其次为干旱和遗传毒性的处理,与UV-B与渗透胁迫处理相关性最低。