水通道蛋白(Aquaporins)是广泛存在于植物细胞的质膜和内膜系统中的通道蛋白，参与水分子和其它一些中性小分子的运输，包括亚砷酸(AsⅢ)。在砷超富集植物蜈蚣草中，目前还没有水通道蛋白鉴定及功能验证的的相关报道。本论文利用Gateway技术构建了蜈蚣草全长未剪切cDNA入门文库，并进一步构建了酵母表达文库。通过表型分析对该文库中砷代谢相关基因进行了挖掘，从中鉴定得到了蜈蚣草水通道蛋白基因PvAQP1，并进一步通过酵母砷抗性分析及砷含量测定实验证实PvAQP1是一个双向的AsⅢ通道;此外还对蜈蚣草AsⅢ逆转运蛋白PvACR3在拟南芥中的功能进行了深入分析。上述研究旨在揭示蜈蚣草中砷的高效转运机制，为培育植物修复工程植株和低砷积累农作物提供理论依据。　　1．蜈蚣草PvAQP1的表征和功能分析。　　1)利用酵母质膜水通道蛋白缺失（AsⅢ吸收功能缺失）突变体⊿fps1进行功能互补实验，鉴定得到了蜈蚣草PvAQP1基因。通过蛋白的序列和聚类分析发现，PvAQP1是一个类液泡膜内在蛋白(TIP)，具有6个跨膜区，与拟南芥中的AtTIP1;1、AtTIP1;2以及AtTIP1;3同源性较高。　　2)表达PvAQP1导致⊿fps1酵母在AsⅢ处理条件下胞内的砷含量显著升高，并导致酵母细胞对AsⅢ敏感，暗示PvAQP1参与了酵母对AsⅢ的吸收。表达PvAQP1能显著提高酵母AsⅢ外排功能缺失突变体⊿acr3对AsⅤ的抗性;酵母砷含量测定表明，PvAQP1的表达可降低酵母细胞中砷的含量，提示PvAQP1通过介导AsⅢ外排降低酵母细胞中砷的含量从而增强酵母对砷的抗性，暗示PvAQP1是一个双向的AsⅢ通道。PvAQP1是植物中第一个被报道的参与AsⅢ转运的TIP类水通道蛋白。　　3)实时荧光定量PCR分析(qRT-PCR)表明，PvAQP1主要在蜈蚣草孢子体的根中表达。通过观测PvAQP1-GFP融合蛋白的荧光定位发现，PvAQP1可能同时定位于细胞的质膜和液泡膜上。提取蜈蚣草孢子体羽叶中不同的膜组分并进行western blot实验，结果表明PvAQP1与质膜共提取，提示PvAQP1可能定位于蜈蚣草质膜上，不过PvAQP1的液泡膜定位并不能被排除。上述结果暗示，PvAQP1可能参与蜈蚣草根部AsⅢ的吸收和转运。　　4)进一步对与PvAQP1同源性较高的拟南芥AtTIP1;1、AtTIP1;2以及AtTIP1;3进行了研究，发现其也有可能参与AsⅢ的转运，但转运AsⅢ的能力较PvAQP1弱。PvAQP1与其同源的TIPs在C末端区别较大，但其C末端可能并不影响PvAQP1对砷的吸收转运。　　2．蜈蚣草PvACR3的功能分析。　　1)从蜈蚣草中克隆得到一个完整的AsⅢ逆转运蛋白基因PvACR3(GI:310768479)。砷含量测定表明，PvACR3参与了酵母细胞中AsⅢ的外排。　　2)拟南芥砷抗性分析表明，表达PvACR3能显著提高拟南芥对砷(包括AsⅢ和AsⅤ)的抗性，促进拟南芥根系及地上部分在砷胁迫条件下的生长。转基因拟南芥在10μM AsⅢ以及300μM AsⅤ处理条件下生长几乎不受砷的影响，而野生型对照在此处理条件下生长受到显著抑制。　　3) PvACR3-GFP融合蛋白的荧光定位表明，PvACR3定位于拟南芥细胞的质膜上。测定拟南芥根部生长环境中不同化学价态的砷的浓度，结果表明表达PvACR3能显著增加AsⅤ胁迫条件下植物根部向外界培养基中AsⅢ的外排。　　4)表达PvACR3的转基因拟南芥中砷含量测定表明，在5μM AsⅢ处理条件下，根部及地上部分的砷含量均显著降低;而在150μM AsⅤ处理条件下，转基因拟南芥根部砷含量显著降低，但地上部分砷含量较野生型高。在5μM AsⅢ和150μM AsⅤ处理条件下，转基因拟南芥的砷转运系数均显著高于野生型，暗示超表达PvACR3能增强拟南芥的砷向地上部分的转运能力。而在150μM AsⅤ处理条件下，转基因拟南芥地上部分砷含量的增加并不影响其对砷的抗性。在10 ppm总砷的土培条件下，表达PvACR3的拟南芥地上部分所积累的砷的总量约为野生型拟南芥的7.5倍。这些研究提供了一种简单实用的转PvA CR3基因的方法，以提高植物砷抗性以及地上部分砷积累，可用于砷污染土壤的植物修复。