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科学技术的迅猛进步,人类活动对环境的影响越来越多,自然环境中的重金属积累也越来越多。生物为了适应含重金属的环境,其细胞表面及内部会发生一系列复杂的反应。本文研究和分析了南极红酵母AN5(Rhodotorula mucilaginosa AN5)在镉胁迫下的形态、生理生化和蛋白质组变化,旨在剖析南极嗜冷微生物的重金属适应机制。(1)将R.mucilaginosa AN5用6种不同镉浓度的培养基进行培养,测定生长曲线,分析酵母对镉离子的生长抗性。选用4 m M镉离子诱导胁迫,观察R.mucilaginosa AN5的形态学变化,检测细胞内的生理生化变化。结果如下:在4 m M和10 m M镉胁迫下,酵母菌生长未受到明显抑制,与对照生长状况基本一致;在20 m M镉胁迫下,酵母菌的生长明显受到抑制,生长速率减慢;当镉胁迫浓度大于50 m M时,酵母的生长受到严重抑制,未见明显生长,甚至菌体死亡。通过扫描电镜观察到,镉胁迫下,细胞表面分泌有大量粘性物质,对数期出芽率降低,稳定期形状呈棒状,大小由原来的2μm×1.3μm变成2.5-3μm×1.3μm。生理生化变化测定表明,镉胁迫下,R.mucilaginosa AN5的活性氧(ROS)水平明显提高,膜脂过氧化水平升高,丙二醛(MDA)含量增加,谷胱甘肽(GSH)等抗氧化剂含量增加,过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、谷胱甘肽还原酶(GR)等抗氧化酶活性升高,对细胞内过量的ROS进行消除,维持了细胞内活性氧的平衡。(2)对R.mucilaginosa AN5进行基于iTRAQ蛋白质组学的技术分析,并对部分差异表达蛋白进行验证,结果如下:4 m M镉胁迫下,196种蛋白质表现明显差异,其中104种蛋白表达增加,92种蛋白表达减少。通过COG功能注释,这些差异蛋白可以被分为4个组,包括物质代谢、信息处理和储存、细胞过程和信号以及功能未知蛋白。GO Slim分析显示,差异蛋白质主要集中在分子功能中催化活性和结合功能,细胞组分中的膜,生物进程的信号转导、细胞周期和跨膜运输等。在KEGG通路注释中,共匹配到144条KEGG通路,其中,差异蛋白质参与信号转导有关的途径最多,其次是细胞生长和死亡通路。对鉴定的196个差异蛋白进行平行反应监测(PRM)验证,结果和iTRAQ的定量结果总体趋势相一致,验证iTRAQ实验的准确性。总之,南极酵母R.mucilaginosa AN5在形态、生理生化和蛋白质组的变化方面对重金属镉表现出较强的适应性,随着对极地酵母重金属分子抗性机制的深入了解,为金属污染环境的生物修复提供了一个新的视角。