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重金属污染日益严重,不仅降低了中药品质,影响用药安全,而且直接影响中药的国际市场竞争力。重金属污染对药用植物的有效性、安全性影响已成为药材品质研究中的关键问题之一。其对药用植物品质形成的影响可能是抑制和诱导了相关基因的表达,干预了体内的代谢过程,从而导致品质的改变。本课题以三棱为研究对象,通过模拟水环境重金属污染,采用现代分析技术等方法分析相应环境下三棱形态结构变化、生理生化改变规律、三棱有效成分合成途径中关键酶PAL基因克隆及重金属处理下蛋白表达活性的变化,研究重金属污染对三棱品质形成的影响,提供以三棱为模式进行重金属污染对中药材品质形成影响研究的示范作用。研究结果对指导水生药用植物生产及中药材安全性环境风险评估,了解水生药用植物生态环境适应机制及提高中药品质具有理论和实践意义。论文研究内容和结果主要包括以下几个方面：1.重金属对三棱生理生态的影响研究用不同浓度的Hg2+、Cd2+(0,1,5,10,50,100mg·Kg-1)处理水生药用植物三棱植株,研究重金属离子Hg2+.Cd2+处理下三棱的光合特性、生理指标和超微结构的变化。实验结果表明：Hg2+、Cd2+处理下三棱植株褪绿,净光合速率、叶片蒸腾速率、叶绿素含量均随Hg2+、Cd2+浓度的升高而降低,且叶片净光合速率与细胞间隙二氧化碳浓度呈显著负相关。低浓度下SOD、POD和CAT酶的活性升高,表现出一定的抗逆性,而高浓度下保护酶活性降低表现为抑制。植物体内的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等保护酶活性,在低浓度处理下发生了应激性的提高,清除、分解活性氧,用以维护膜系统的稳定性。随着毒害的加重,保护酶活性降低,细胞的防御系统不能完成对细胞的保护作用,同时产生较多的丙二醛(MDA)等细胞膜脂质过氧化产物,膜完整性被破坏。2.重金属对三棱超微结构的影响研究随着重金属Hg2+、Cd2+浓度的升高,其叶绿体数目不断减少,形状由椭圆形膨胀成球形,类囊体系统受到伤害、基粒片层变得模糊不清,有解体趋势。线粒体数目随着重金属Hg2+、Cd2+浓度的变化而变化,线粒体双层膜结构与嵴变得模糊不清,甚至形成空泡。细胞核也受到不同程度的伤害,核仁消失,高浓度下细胞核解体；同时细胞膜也受到伤害,主要表现为,不断的向胞内形成膜突起使细胞变形。结果表明：在相同浓度作用下,Hg2+、Cd2+在光合特性、生理指标和超微结构方面对三棱胁迫影响较大。在Hg2+、Cd2+10mg·Kg-1浓度下,三棱表现出很高的抗性,能较好生长。3.三棱PAL基因全长的克隆、序列分析及重金属对其酶活性影响对连接三棱初生代谢及次生代谢途径的关键酶苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase, PAL)进行基因全长的克隆和生物学信息分析。以三棱的总RNA为模板,采用同源克隆法和RACE技术克隆出三棱PAL基因的cDNA全长,并通过DNAMAN软件和ExPASy在线分析等方法对其生物信息学进行分析。获得了三棱PAL基因全长cDNA, GenBank注册号为KF633470,序列分析表明,所克隆的cDNA全长为2413 bp,包含一个2151bp的开放阅读框架,编码716个氨基酸的蛋白。预测该蛋白的相对分子质量为1.98×105,等电点为4.84,无信号肽,含有PAL酶活性中心序列GTITASGDLVPLSYIAG。在Hg2+、Cd2+处理下,PAL酶活性均随处理浓度的增大而降低。研究结果为揭示重金属污染对三棱毒害影响分子机制研究提供科学依据。