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铅(Lead, Pb)是最主要的重金属污染元素之一。Pb在植物体内积累达到一定程度后,就有可能影响植物的生长发育,降低农作物产量和品质。因此,研究探讨参与植物体内Pb吸收积累调控的信号分子及其信号转导机制有利于理解和掌握植物Pb吸收积累调控规律,从而为提高植物对Pb胁迫的抗性,降低农作物对Pb的吸收,减少Pb从植物进入食物链的危险性提供理论依据。然而,目前对植物体内Pb吸收积累的信号调控机理所知甚少。近年来发现一氧化氮(nitric oxide, NO)是植物体内参与逆境胁迫的重要信号分子之一,具有促进植物生长发育及种子萌发,诱发植物产生抗性反应来防御生物和非生物胁迫等多种功能。目前研究发现添加外源NO供体硝普钠(sodium nitroprusside, SNP)可以缓解Pb对植物的毒害,但是关于Pb胁迫能否诱发植物内源NO产生,内源NO在植物Pb吸收过程中的作用和抵御Pb毒害的功能的研究甚少。由于悬浮培养细胞具有均一性,在细胞受到逆境胁迫时,其所受胁迫程度一致,生理变化一致并且对胁迫的反应更为敏感和直接,因此选取金丝草悬浮细胞为本文试验材料。基于上述研究现状,本文研究了Pb胁迫对金丝草根细胞中内源NO产生的影响,NO在细胞Pb吸收中的作用以及Pb诱发细胞内源NO产生的机制。主要研究结果如下：1.高浓度硝酸铅对金丝草根细胞有一定毒害作用,会抑制细胞的活力和生长。本文试验结果表明,当用500μMPb处理金丝草根细胞时,细胞活力和生长较对照显著降低,说明高浓度Pb对细胞有抑制作用。2.Pb可以诱发金丝草根细胞中内源NO信号分子的产生。本文试验考查了Pb胁迫对金丝草根细胞内源NO水平的影响,结果表明Pb胁迫能诱发金丝草根细胞快速产生大量NO,而且NO的产生量明显依赖于Pb处理的浓度和时间。说明Pb胁迫可以激活金丝草根细胞中NO信号转导事件。3.Pb诱发金丝草根细胞产生的内源NO是细胞吸收Pb所必需的信号分了。为了进一步研究和探讨NO在金丝草根细胞吸收Pb过程中的作用,本文通过一系列试验考查了NO专一性淬灭剂cPTIO (2-(4-carboxyphenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide)对细胞中Pb积累的影响。结果表明NO淬灭剂cPTIO不仅可以有效抑制Pb胁迫对金丝草根细胞中NO迸发的诱发作用,同时还可以阻断细胞对Pb的吸收,说明在Pb胁迫下NO信号转导事件的激活是金丝草根细胞吸收Pb的必要条件4.在Pb诱发金丝草根细胞产生NO期间,Pb胁迫可以诱发金丝草根细胞NR的活性和NIA1基因的表达。为了研究Pb诱发NO产生的来源,本文试验考查了Pb胁迫刘金丝草根细胞中硝酸还原酶(nitrate reductase, NR)活性和NIA1,NIA2基因表达水平的影响。结果表明在Pb诱发金丝草根细胞NO迸发期间,Pb胁迫能够提高金丝草根细胞中NR的活性和NIA1基因的表达水平,因此推测Pb可能诱发金丝草根细胞中NIA1基因的表达,并且NR活性的提高可能是受Pb所诱发的NIA1基因表达水平的影响。5.NR参与Pb诱发金丝草根细胞内源NO的产生。为了进一步验证NR在Pb诱发金丝草根细胞NO合成中的作用,本文试验考查了NR抑制剂TUN(tungstate)和Gln (glutamine)对Pb诱发金丝草根细胞中NR活,性和NO产生的影响。结果农明,NR抑制剂TUN和Gln不仅能够抑制Pb诱发金丝草根细胞中NR活性,而且还可以降低Pb胁迫对细胞中NO产生的诱发作用,说明Pb对金丝草根细胞中NO产生的诱导作用依赖NR活性。本文试验还考查了一氧化氮合酶(NO synthase, NOS)抑制剂L-NAME (NG-nitro-L-Arg methylester)和PBITU (S,S’-1,3-phenylene-bis(1,2-ethanediyl)-bis-isothiourea)对Pb诱发金丝草根细胞NO合成的影响。结果表明L-NAME和PBITU对Pb诱发金丝草根细胞NO产生的抑制效果并不显著。本文试验结果表明,NR是Pb胁迫下金丝草根细胞NO产生的主要途径之一。6.NR参与了Pb胁迫下金丝草根细胞中Pb吸收过程。为了考查NR在金丝草根细胞吸收Pb过程中的作用,本文试验测定了NR抑制剂TUN和Gln对金丝草根细胞中Pb含量的影响。结果农明NR抑制剂不仅抑制了Pb诱发的NR活性,同时还降低了细胞对Pb的吸收能力,证实了Pb诱发的NR活性在金丝草根细胞内Pb积累过程中有重要的作用。此外,我们的试验结果还表明NR抑制剂对细胞Pb吸收的抑制现象可以被NO供体SNP所逆转。综上所述,本文试验结果证实在Pb胁迫下NR介导产生的NO信号分子参与金丝草根细胞对Pb的吸收途径。7.高浓度NO供体SNP(5.0mM)能促进金丝草根细胞中Pb的积累。本文考查了外源NO对金丝草根细胞Pb吸收中的作用,试验结果表明低浓度的NO供体SNP(0.1和1.5mM)对Pb在细胞中的积累无显著影响,但SNP浓度增大到5.0mM时细胞中的Pb含量却显著增加,说明外源NO对细胞Pb吸收的影响具有浓度依赖性。综上所述,本文首次证实Pb胁迫可以激活植物细胞中NO信号转导事件,试验结果同时表明内源NO分子是金丝草细胞Pb吸收所必需的信号分子,此外,本文还证实NR是Pb诱导金丝草细胞内源NO产生的主要途径。研究结果不仅对理解植物细胞的Pb吸收机制具自重要意义,同时提示通过调控NR活性可以改变植物对Pb的吸收能力,为农业三产实践中降低农产品中Pb含量和环境污染治理实践中提高修复植物对Pb的富集能力提供了一种新的策略。