砷超富集植物蜈蚣草(Pteris vittata L.)中砷解毒机制的研究

砷是一种具有致癌、致畸、致突变的有毒元素，在地表的含量本来很低。然而，随着现代社会的发展和工业活动的增加导致砷污染日趋严重。土壤和水体中的砷污染可以通过食物链进入人体，对人类的健康造成极大的危害。植物修复是一种利用植物对污染物的超富集能力来清除或减低污染的新型环境生物技术。植物修复的实际应用依赖于超富集植物的发现和超富集机制的阐明，特别是砷解毒过程(砷的吸收、还原和区域化)的研究及相关基因的克隆。砷超富集植物蜈蚣草(Pteris vittata L.)中砷解毒机制的阐明将为砷污染的植物修复及新型工程植物的研发提供理论基础。 本论文以蜈蚣草为试材，针对蜈蚣草的砷解毒机制取得了如下研究进展： 1.以砷超富集植物蜈蚣草为材料，建立了一个适于研究蜈蚣草砷吸收和解毒机制的新系统—愈伤组织悬浮培养体系。首次证明蜈蚣草愈伤组织与其孢子体及配子体一样具有对砷的抗性和砷超富集的能力。 2.以蜈蚣草愈伤组织为材料，通过比较亚砷酸盐、砷酸盐和二甲基胂酸盐对蜈蚣草和拟南芥植物毒性的差异，表明砷的还原可能是蜈蚣草对砷解毒的重要机制之一而砷的甲基化对蜈蚣草的砷解毒作用甚微。 3.以蜈蚣草愈伤组织为材料，通过对砷在蜈蚣草愈伤组织细胞中的亚细胞定位，首次直接证明植物液泡对砷具有非常明显的区隔化作用。暗示区隔化作用在蜈蚣草对砷的解毒过程中发挥着重要的作用。 4.通过测定蜈蚣草愈伤组织对不同化学态的砷处理下抗氧化物质的变化发现酸溶性巯基在蜈蚣草砷解毒中也发挥着重要作用。 5.以蜈蚣草愈伤组织为材料，发现磷和砷的吸收在高浓度范围下（﹥0.2 mM）存在明显的协同效应。对蜈蚣草高亲和磷酸盐转运蛋白基因－PvPHT基因功能的初步分析则表明PvPHT参与了蜈蚣草对磷和砷的吸收过程。