镉(Cd)胁迫下的根际环境与非根际存在显著差异,对植物根系及其环境的研究是了解植物对Cd耐性机制的关键。本研究以Cd富集植物绿穗苋(Amararthus hybridusL.)为试验材料,采用土壤盆栽试验研究Cd胁迫对绿穗苋生长和土壤根际特征的影响,探究其根际对Cd的活化与解毒作用;并通过短期营养液培养试验研究绿穗苋根系对Cd胁迫的生理响应,揭示根系对Cd的耐受机理。本研究的主要结果如下:(1)绿穗苋株高和生物量均随Cd处理浓度升高呈先升高后下降的趋势。当Cd浓度为5 mg kg-1时,绿穗苋株高达109 cm,地上部生物量较对照显著增加17.11%(P<0.05)。与对照相比,株高和地下部生物量在Cd浓度≥ 50 mg kg-1时显著降低(P<0.05),地上部生物量在Cd浓度≥ 25 mg kg-1时显著降低(P<0.05)。(2)植株各器官Cd含量和Cd积累量均随着Cd浓度的升高而显著升高(P<0.05)。当Cd浓度为150 mg kg-1时,地上部和地下部Cd含量和Cd积累量分别达到最高,其中Cd积累量分别为1153.06 μgplant-1和192.05 μg plant-1。各处理植株富集系数和转运系数均接近1或>1,具有较强的Cd富集和转运能力。(3)各处理根际pH值均低于非根际,且随着Cd浓度的升高而呈现下降趋势。处理浓度越高,根际土壤溶解性和水溶性有机碳含量越多,而易氧化碳含量却先减少后增加。根际土壤DTPA浸提态Cd和连续提取态Cd含量均低于非根际。随着Cd浓度的升高,根际交换态Cd所占比例从49.33%上升为64.66%,其他形态则下降,表明绿穗苋根际环境可促进Cd的活化与吸收。(4)根际土壤酶活性均高于非根际。其中,根际土壤磷酸酶和脲酶活性均随Cd处理浓度升高呈现先上升后下降的趋势,而过氧化氢酶活性随Cd处理浓度升高持续下降。非根际过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶活性分别在Cd浓度为100 mg kg-1 25 mg kg-1和50 mg kg-1时显著低于对照,而根际过氧化氢酶和磷酸酶活性与对照无显著差异,脲酶活性在Cd浓度≥ 100 mg kg-1时显著降低。根际土壤酶活性维持在一个较高水平,对Cd的毒性具有一定的缓解作用。(5)根际土壤微生物量碳含量、土壤微生物量氮含量、基础呼吸和微生物数量均高于非根际,而根际土壤代谢熵低于非根际。表明绿穗苋根际微生物的特征在Cd耐受和提高Cd的生物有效性方面有一定的作用。(6)植株根长、根表面积和根体积随Cd浓度升高均呈先升高后下降的趋势,且其均在Cd浓度为10μmol L-1时达最大值,根系平均直径在各浓度Cd处理下较对照均无显著差异。根系活力在Cd胁迫下具有浓度和时间效应,在中低Cd浓度(≤25μmol L-1)和短时间(3d)的Cd处理下与对照相比无显著差异。(7)中低浓度(≤25μmol L-1)的Cd在短时间(3d)内未对绿穗苋根系产生显著的氧化胁迫,随着Cd处理浓度和处理时间的增加,绿穗苋根系中的丙二醛、超氧阴离子和过氧化氢含量总体呈增加趋势,膜脂过氧化加剧。(8)随着Cd处理浓度的升高和处理时间的增加,绿穗苋根系渗透调节物质的含量呈先升高后下降的趋势。高浓度(>100 μmolL-1)和较长时间(5 d或7 d)的Cd胁迫会造成APX和GR酶活性显著降低(P<0.05),但还原型谷胱甘肽和抗坏血酸(ASA)含量随Cd处理浓度的升高仍呈增加趋势,当胁迫时间为7 d且Cd浓度为150 μmol L-1时,ASA含量才有所下降。表明渗透调节和抗氧化防御是绿穗苋根系耐受Cd胁迫的重要生理机制。