金属硫蛋白（Metallothioneine,简称MT）遍布于动植物、人体以及微生物体内,是一种低分子量（相对分子质量约6⁷kDa）,除半胱氨酸丰富外不含组氨酸及芳香性氨基酸,能被金属诱导合成的一类金属结合蛋白,且理化性质相差不大。MT在重金属解毒、调节细胞内平衡、维持金属离子浓度的稳态等方面发挥着重要作用。与脊椎动物的硫蛋白相比,植物MT由于其序列的多样性和种类的复杂性一直被广泛研究,且成果显著。本论文将重组质粒pGEX-6p-1-ZmMT1转运至具有蛋白酶缺陷的大肠杆菌（E.coli BL21（DE3））体内,利用基因工程的手段构建玉米金属硫蛋白（Zea mays Metallothionein1简称ZmMT1）的原核表达系统,在植物体外实现ZmMT1的高纯度表达。在此基础上利用紫外光谱法研究ZmMT1在植物体内与不同金属离子和稀土离子的积累、耐受机制及ZmMT1在植物体外与不同金属离子和稀土离子的相互作用机制,通过DTNB氧化速率来探究不同金属离子与金属硫蛋白的结合能力以及结合强弱的大小,及硫离子存在条件下对ZmMT1与金属离子结合特性的影响。全文分为6章内容:第一章主要综述植物MT的理化特性、植物MT的分类、植物MT的检测方法、植物MT的功能。第二章主要利用基因工程的手段构建ZmMT1的原核表达系统,在植物体外实现ZmMT1的高纯度表达。并探究Zn²⁺离子浓度、IPTG诱导浓度、IPTG诱导温度、IPTG诱导时间等不同理化因素对ZmMT1表达及纯化的影响,最终成功将重组质粒p GEX-6p-1-ZmMT1,转运到大肠杆菌体内,在容积为500mL的LB培养基中,Zn²⁺浓度为50μM,IPTG终浓度为1mM,温度为37℃,诱导时间为3h,最终以PPase酶柱上酶切GST-ZmMT1的方式获得大批量、高纯度的ZmMT1。有效的解决了植物体外大量、方便、安全获得金属硫蛋白的难题,为我们进一步研究ZmMT1的性质奠定坚实的基础。第三章以植物MT与不同金属的结合特性为出发点,采用对比的方法研究ZmMT1在体内与不同金属离子的积累、耐受机制,实验表明,ZmMT1在体内可以很好的耐受金属离子Zn²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺等,同时这些金属离子可以诱导ZmMT1的产生,同时也研究了ZmMT1在体外与不同金属离子的结合机制,发现ZmMT1在体外都可以与Zn²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺等发生特异性结合。通过DTNB氧化速率着重探究ZmMT1与重金属Cd²⁺、Pb²⁺和生理元素Zn²⁺结合强弱的大小,ZmMT1对不同金属离子的结合能力顺序为:Cd²⁺>Pb²⁺>Zn²⁺。为检测生态环境的污染程度并有效及时的治理重金属离子污染提供依据。第四章利用紫外光谱法探究硫离子存在的条件下不同金属离子滴定apo-ZmMT1引起的光谱变化,研究表明:在存在硫离子的情况下一定程度上都会增强ZmMT1的金属离子结合能力。同时发现增加S^2-浓度一定程度上可以增强ZmMT1结合金属的能力,“apo-ZmMT1+10eq S^2-+x Cd²⁺”这类滴加顺序可以成功的使S^2-掺杂到硫醇簇的形成且增强金属硫蛋白的结合能力。因此硫离子的存在确实可以增加ZmMT1的金属离子结合能力,这不仅与滴加顺序有关,还有硫离子浓度有关。第五章主要研究ZmMT1在体内、体外与稀土离子La³⁺、Lu³⁺的相互作用机制,实验表明,ZmMT1在体内耐受稀土离子La³⁺、Lu³⁺同时稀土离子也可以诱导ZmMT1的产生,但是在体外却不与稀土离子发生有效结合,为研究金属硫蛋白与稀土生物效应的相关性提供借鉴。第六章对本论文的研究工作总结,在突出本研究创新之处的同时,列举了今后研究工作的开展内容。