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随着采矿和工业活动增加,镉的污染日益严重。镉对动植物都有严重危害,尤其是蔬菜果实中积累的镉,通过食物的富集作用,最终会对人类造成很大的健康隐患。一般植物适应逆境的响应包括减少伤害、增加耐性以及发生应激诱导的形态学发生响应。H2可以在包括百草枯、盐、重金属、紫外线照射、强光胁迫等非生物胁迫下起到保护植物细胞的作用。此外,研究发现,富氢水(HRW)的处理可以通过减少镉的吸收和增加抗氧化能力来提高苜蓿和白菜耐镉性。血红素加氧酶1/一氧化碳系统(HO1/CO)是植物中的信号系统。有研究发现,镉胁迫会诱导苜蓿HO1基因的表达,提高HO活性以及增加内源CO的释放。而内源CO通过上调抗氧化酶,调节谷胱甘肽代谢最终帮助紫花苜蓿抵抗镉胁迫。但到目前为止,我们对其中调节作用的机制知之甚少。因此我们针对上述问题展开了研究,得到了以下的结果:1、外源氢气预处理提高了紫花苜蓿的耐镉性,有效的降低镉胁迫下上升的硫代巴比妥酸反应物质(TBARS)水平。不论在有或没有镉胁迫的条件下,富氢水预处理都可以提高苜蓿根部非蛋白硫醇类的含量。同时,富氢水大大的缓解了镉诱发的离子缺失,提高了镉胁迫下幼苗根部铁和锌元素的含量。通过的蛋白质组学分析,筛选出了 248 种差异表达蛋白(differential abundance proteins,DAPs)。进一步的 GO 分析和KEGG通路分析,分析出氢气耐镉性中的关键蛋白。结果显示,镉胁迫下紫花苜蓿幼苗根系的硫代谢过程、氧化还原过程和金属离子平衡是受H2诱导的关键过程。这与之前的研究结果一致,表明氩气提高苜蓿耐镉性与提高机体抗氧化能力,激活硫代谢,通过调控转运蛋白维持离子稳态有关。2、镉胁迫抑制了黄瓜主根的伸长、诱导了不定根发生以及CsHO1表达。HO诱导剂氯化血红素(Hemin)与活性抑制剂锌原卟啉(ZnPP)处理发现,Hemin可以缓解主根抑制,同时促进不定根发生。ZnPP则表现出相反的现象。Hemin的三种产物一氧化碳(Carbon monoxide,CO)、亚铁离子(Fe2+)和胆红素(Bilirubin,BR)的结果显示Hemin的这一效果绝大部分是来自CO的。拟南芥野生型、血红素加氧酶突变体hy1-100以及过表达35S:HY1材料在镉处理下结果证明,血红素加氧酶参与了镉诱导的SIMR。经检测发现CsHO1转录水平变化与生长素含量变化呈现时间上的先后关系。在Hemin的处理下,生长素的含量增加,而在ZnPP处理下,生长素的含量降低。通过拟南芥转基因材料PIN-GFP发现,在镉胁迫下生长素的含量增加、同时向茎上不定根原基部位聚集。而Hemin处理提高了有或者没有镉处理下生长素水平,增强了生长素向不定根聚集的现象。在ZnPP的处理下,生长素含量明显低于正常值,同时阻断了镉对生长素的诱导。结果表明镉胁迫诱导了HO1的表达,通过CO调控了生长素的变化,最后调控了胁迫诱导的形态响应(stress induced morphogenics response SIMR)过程。