随着社会的进步,镉(Cadmium,Cd)污染及能源危机已成为突出问题,如何开发利用Cd污染土壤及寻找可替代能源已成为目前研究的热点。近年来,植物能源以其清洁、安全、可再生及低成本等特性为人们所关注。柳枝稷是一种多年生C4暖季型高大禾草,原生长于加拿大、美国和墨西哥,尤以北美居多,因其适应性广,纤维素含量丰富,已被美国能源部认定为纤维素乙醇转化的模式植物。本研究以该植物为试验材料,采用水培方式对10份柳枝稷品种的耐镉性进行评估,同时探究其在Cd污染条件下的形态生理变化,为深入研究柳枝稷的耐镉机理提供参考,并且对Cd污染条件下开发能源植物柳枝稷也有一定的参考价值。试验结果表明:1、Cd处理下,坚尼草和柳枝稷的生长均受到不同程度的影响,尤以坚尼草更为显著。因此,在Cd污染的条件下,坚尼草可能不适合被开发为一种能源草,而柳枝稷则可生长在中重度Cd污染的条件下。此外,本研究还表明根系形态也可以作为评判植物耐镉性的重要指标,且细根在植物的Cd积累中可能起着重要的作用。2、苗期水培试验表明:对Cd由根向地上部迁移能力较高的柳枝稷品种是Alamo和Newyork,较低的是Blackwell和Shawnee.隶属函数法综合评价结果表明:柳枝稷在苗期水培试验条件下,耐镉性较高的品种为Cave-in-Rock和Shawnee,最弱的是Newyork。3、Cd处理显著影响了柳枝稷的生长和根系形态。在Cd胁迫下,柳枝稷的生物量、含水量、叶绿素含量、总根长、根表面积、根体积和根尖数均降低,但是根平均直径、根冠比和Cd积累量均增加。Cave-in-Rock比Alamo可以积累较多的Cd,并且其在根平均直径为0.3-0.9 mm范围内的总根长、根表面积和根体积均显著高于Alamo。以上结果表明在品种Cave-in-Rock中,发育较好的根系可能有助于其积累较多的Cd。4、在Cd胁迫下,柳枝稷将根系中较多的Cd存储在可溶性组分(主要在液泡中)中,细胞壁次之,最少的是细胞器。这表明在柳枝稷根系中,较多的Cd存储于可溶性组分(主要在液泡中)中可能是降低Cd毒害、限制Cd由根向地上部转运的重要机制。柳枝稷根系中Mg、地上部Fe、体内Zn和Mn的含量在Cd胁迫下显著降低,Mn和Mg的迁移指数显著增加。Cd胁迫抑制了柳枝稷的光合作用,Alamo和Cave-in-Rock对Cd的光合响应具有浓度效应,低浓度Cd下,Cave-in-Rock有较好的光合能力,而高浓度Cd下却相反。气孔因素参与了 Alamo而未参与Cave-in-Rock光合的降低。相关性分析结果表明,除根平均直径外,根系形态参数与光合参数(Pn,Gs和E)呈显著正相关,与Mn的迁移指数呈显著负相关,而与Mg和Fe的迁移指数无相关,因此我们推测在Cd胁迫下,柳枝稷可能通过增加Mn由根向地上部转运维持较高的光合效率。