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本研究根据目前我国渤海海岸带重金属污染现状，选择典型重金属污染物铅、锌、汞为暴露污染物，以潮间带优势植物盐地碱蓬为研究对象，采用代谢组学、蛋白质组学及其他分子生物学技术，探讨重金属污染物对盐地碱蓬的毒理效应机制，筛选表征污染物毒理效应的代谢及蛋白生物标记物，为潮间带环境生物监测及评价提供一定的理论依据。论文获得如下结果: 1.建立了基于核磁共振波谱技术的盐地碱蓬代谢组学研究体系 对甲醇，水，甲醇/水（体积比为1/1），甲醇/氯仿/水（体积比为1/2/1）及乙腈五种溶剂体系的代谢组提取方法进行比较发现，基于甲醇/水的溶剂体系对于代谢组的提取效率和重现性较高，为盐地碱蓬受到重金属污染物胁迫后毒理效应的研究提供了合适的代谢组学方法。同时对盐地碱蓬的代谢物进行解析，总共鉴定出20余种高丰度代谢物，其中丰度最高的代谢物为与渗透调节有关的甜菜碱。 2.建立了基于双向电泳系统-质谱检测技术的盐地碱蓬蛋白质组学研究体系 采用三氯醋酸/丙酮沉淀法对盐地碱蓬叶片组织提取总蛋白，发现该种蛋白提取方法能够有效地去除样品中的盐离子及其他干扰等电聚焦的物质，减少蛋白降解。同时，对双向电泳分离的盐地碱蓬蛋白点进行了质谱鉴定，结果稳定可靠，为后续进行盐地碱蓬在受到重金属胁迫后的比较蛋白质组学研究，提供了可靠的方法。 3.铅、锌胁迫对盐地碱蓬毒理效应的代谢组学与蛋白质组学研究 整合利用代谢组学与蛋白质组学方法研究了铅(20μg/L)、锌(100μg/L)暴露30天后对盐地碱蓬的毒理效应，结果表明:(1)铅、锌胁迫干扰盐地碱蓬的代谢途径，铅胁迫主要影响植物呼吸途径，乙醇和苹果酸可作为铅毒理效应的代谢物生物标记物;锌胁迫主要影响渗透调节平衡，谷氨酸可作为锌胁迫的代谢物生物标记物;而铅与锌联合胁迫主要影响植物能量代谢，延胡索酸可作为铅与锌联合胁迫的代谢物生物标记物。(2)铅、锌胁迫后盐地碱蓬体内多种蛋白质发生改变，功能涉及到物质代谢、光合作用、能量、胁迫应答、信号转导、蛋白质合成及折叠等。(3)铅、锌单一及联合胁迫盐地碱蓬抗氧化酶系统受到不同程度的影响，SOD与CAT酶活性均出现降低，POD酶活性在铅及铅、锌联合胁迫升高，而在锌胁迫时降低。在基因表达水平发现，铅胁迫导致INPS、CMO、CAT、BADH、GPx、MDH基因都上调;而锌胁迫及铅、锌联合胁迫可诱导INPS、CMO基因表达下调，CAT、BADH、GPx、MDH基因表达上调。铅、锌及其联合胁迫对盐地碱蓬引起的毒性机制不同，盐地碱蓬的基因表达调控模式存在一定的差异。 4.在盐介质存在下，汞胁迫对盐地碱蓬毒理效应的代谢组学与蛋白质组学研究通过对盐地碱蓬进行Hg2+20μg/L，500mmol/LNaCl及Hg2+20μg/L+500mmol/LNaCl胁迫30天后，代谢组学分析结果表明:在单独汞胁迫及汞联合盐胁迫时其代谢物变化有所不同，其中缬氨酸、乙醇、乙酸、琥珀酸、丙二酸和磷酸胆碱可以作为汞污染的代谢物生物标志物。盐地碱蓬在受到汞与盐胁迫时，其植物体内多种蛋白质发生丰度变化。这些蛋白质的功能涉及到物质代谢、光合作用、能量代谢、胁迫应答、信号转导、免疫抑制、蛋白质合成及折叠等生物过程。50SribosomalproteinL12在盐介质的存在下，对汞的毒性表现出稳定性，可作为汞污染的蛋白质生物标记物。汞胁迫损害盐地碱蓬抗氧化酶系统，SOD、POD及CAT在汞单独胁迫时出现酶活力降低，而在盐介质存在下，三种酶的活性升高。在盐介质存在下，汞胁迫导致盐地碱蓬INPS基因表达量下调，CMO、BADH、CAT、GPx、MDH基因表达量上调。表明盐介质的存在影响汞对盐地碱蓬毒性作用的机制。