苯作为室内“三大隐形杀手”之一的头号化学污染物,具有持久、难降解的特点,以及致癌和致畸的危害,严重威胁着人们的生命健康。植物对苯等室内化学污染物不仅具有较强的敏感监测能力,还具有稳定、高效、持续、安全的净化修复效果,利用抗污吸污能力强的室内植物吸收净化室内苯污染,是治理室内化学污染的有效途径和重要手段。而植物对苯污染的抗性强弱是决定其是否能够发挥抗污吸污能力的基础和前提,但目前植物对苯污染胁迫下的抗性响应机制尚未明确。基于细胞水平和分子水平研究植物对苯污染的抗性响应机制,将有助于突破室内植物对苯污染响应机制研究的科学瓶颈,可为今后优选和培育抗污吸污能力强的室内植物提供基础理论依据与切入点。本研究采用密闭熏气试验,以净化苯和抗苯能力皆强的金边虎尾兰(Sansevieria trifasciata var.laurentii)为试材,研究了苯污染胁迫下金边虎尾兰生理生化指标变化,在细胞水平探究金边虎尾兰对苯污染的抗性响应机制;并通过转录组测序,研究了金边虎尾兰抗性响应的关键代谢途径和信号途径,挖掘了关键基因并明晰其生物学功能,剖析金边虎尾兰抗苯污染的分子响应机制。主要研究结果如下:1.苯污染下金边虎尾兰的生理生化抗性响应(1)金边虎尾兰叶片光合特性、活性氧及抗氧化酶活性、渗透调节物质含量、细胞膜透性在1 d与胁迫1 d(CK0与B)、胁迫1 d与恢复7 d(B与B7)比对中均存在差异;在7 d与恢复7 d(CK7与B7)比对中,存在差异或无差异。说明在经苯污染后金边虎尾兰体内发生强烈反应来响应胁迫,经自我恢复后部分指标又逐渐恢复至正常水平。(2)苯污染胁迫下,金边虎尾兰叶片11项指标之间存在不同程度的相关性,说明光合特性、活性氧及抗氧化酶、渗透调节物质、细胞膜透性共同调控金边虎尾兰生理生化响应的过程,通过体内复杂精密的系统调节来抵御苯污染,维持正常生长。(3)抗氧化酶和渗透调节物质在金边虎尾兰对苯污染抗性响应和自我恢复中均发挥关键作用。2.苯污染下金边虎尾兰的转录组学研究(1)对金边虎尾兰转录组数据质量分析后得出,本次测序数据表现稳定且质量较高。(2)万寿菊(Pantholops hodgsonii)是金边虎尾兰的同源物种,在GO功能分类中,功能组数量最多的大类为BP和CC,其中注释到BP的Unigene条数最多;在KBaf-A1 IC50EGG功能分类中,与代谢相关的二级途径最多,其中Unigene条数最多二级途径为信号转导;在egg NOG功能分类中,一般功能预测的Unigene条数最多。(3)金边虎尾兰Unigene数量占比最多的SSR重复类型为单核苷酸和二核苷酸,重复基序主要以A/T、AG/CT、AT/AT、AAT/ATT、AAGsynthetic biology/CTT为主。(4)参与抗性响应的差异表达基因共有1563条,其中有549条基因上调,1014条基因下调;参与自我恢复的差异表达基因共有3977条,其中2478条基因上调,2820条基因下调。3.金边虎尾兰对苯污染抗性响应关键基因的功能研究(1)抗性响应(CK0与B)中富集显著且数量最多的GO条目为催化活性、水解酶活性、细胞碳水化合物代谢过程。自我恢复(B与B7)中富集显著且数量最多的条目为蛋白质异源二聚化活性、蛋白质折叠、蛋白质二聚化活性。自我恢复(CK7与B7)中富集显著且数量最多的条目为二磷酸核糖核苷还原酶活性,硫氧还原蛋白二硫化物作为受体、氧化还原酶活性,二硫化物作为受体,作用于CH或CH_2基团、核糖核苷-二磷酸还原酶活性。(2)筛选出关键信号途径和代谢途径,其中与抗性响应相关的为脂肪酸生物合成通路和MAPK信号通路,关键基因分别为LACS和PP2CA、PP2CB;与自我恢复相关的为坏血酸和醛糖酸代谢通路,卟啉叶绿素代谢通路及昼夜夹带通路,关键基因分别为ALDH、ALDH7A1,hme E,GLR1、GLR2、GLR3www.selleck.cn/products/dorsomorphin-2hcl、GLR4。(3)抗性响应的关键基因主要参与结合、阳离子结合、离子结合,除此之外还与催化活性和分子功能有关;关键基因主要富集在MAPK信号通路上,与环境信息处理有关,主要是信号转导。综上,金边虎尾兰通过调控ROS解毒过程、提高抗氧化酶活性、调节细胞渗透势、保护细胞膜结构、调控光合作用等策略来维持生命活动以抵御苯污染。这种生理和分子水平的复杂网络调控是金边虎尾兰对室内苯污染的主要响应机制。