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随着人民生活水平的不断提高,果品在人类膳食结构中所占比例越来越大。我国是世界苹果的主产国,苹果在我国居民水果消费中占有重要地位。然而,污水灌溉及化肥农药的大量施用使得果园土壤重金属污染问题日益突出,尤其是Cd污染。嫁接是果树繁殖的重要方式,砧木是果树生产的承接者,对Cd的吸收、转运能力直接影响果树整体Cd耐性及接穗中Cd含量。因此,研究苹果砧木对Cd的吸收、转运以及耐性差异,可为筛选低Cd富集耐性砧木提供理论依据。本试验首先研究了山定子、平邑甜茶、青州林檎和八棱海棠根系Cd2+吸收的时空动态变化规律;随后在生理和分子水平探讨了Cd在苹果砧木各组织转运和对Cd的耐性机理;接着研究褪黑素缓解Cd对苹果砧木的毒害机理;最后探讨了不同苹果嫁接苗对Cd的吸收、转运和耐性差异。主要结果如下:1.通过比较4种苹果砧木根系在50 μM Cd处理下Cd2+吸收的时空动态变化规律和Cd2+在植物体的转运,发现苹果砧木白根根尖600 μm处Cd2+净流量最大,随着距根尖距离的延长,Cd2+净流量逐渐降低。山定子根系和叶柄维管束Cd2+的净流量低于其他3种苹果砧木。代谢抑制剂和通道阻断剂(正钒酸钠、维拉帕米和NEM)处理显著降低了 4种苹果砧木根系Cd2+的净流量。另外,环境Fe3+浓度也影响根系Cd2+的净流量。除山定子外,Cd导致其他3种苹果砧木净光合速率和生物量增量减少。与其他3种苹果砧木相比,Cd胁迫下山定子各组织Cd含量、Cd富集总量,BCF和Tf最小,参与Cd吸收和转运基因如HA4、FRO2-like、NRAMP1、NRAMP3和HMA4转录水平较低,参与Cd解毒相关基因如NAS1和MT2表达较强。由此表明,50 μM Cd处理下山定子对Cd吸收和转运的能力低于其他3种苹果砧木。2.对4种苹果砧木进行较高浓度Cd(300 μM)处理45 d后,所有砧木幼苗的净光合速率、叶绿素含量和生物量均受到了抑制,但对山定子的影响较小,且山定子整株耐性指数(TI)显著高于其他3种苹果砧木。4种苹果砧木中,山定子根、木质部和叶片中Cd含量最低、Cd富集总量和BCF最小。苹果砧木能将Cd固持在细胞壁和液泡中,并将其转化成果胶酸盐或蛋白结合态以及难溶性磷酸盐状态来降低Cd的移动性和毒性。4种苹果砧木生理状态如ROS、糖类和抗氧化系统的变化与对Cd的耐性相一致。与其他3种苹果砧木相比,山定子根和韧皮部中ROS、根和叶片中H202以及根、木质部和韧皮部中MDA含量最低,韧皮部中可溶性糖以及根和叶片淀粉含量最高,抗氧化酶活性和抗氧化物含量较高。说明该试验条件下山定子对Cd的耐受性强于其他3种苹果砧木,这与山定子各组织Cd含量、Cd的亚细胞分布和化学形态,以及抗氧化系统有关。3.通过比较外源褪黑素对30μM Cd处理下山定子和青州林檎幼苗Cd吸收和转运、抗氧化系统及基因表达的影响,发现添加褪黑素后山定子和青州林檎根系Cd2+的净吸收速率、叶片Cd含量以及Tf显著降低,说明褪黑素抑制了苹果砧木对Cd的吸收和转运,且对山定子的抑制作用更明显。与30μMCd处理相比,30μMCd + 0.1μM褪黑素处理减少了苹果砧木根、茎和叶中O2·-、H202和MDA含量,细胞器组分Cd含量和所占比例降低,以及Cd吸收相关基因如NARMAP1表达量降低;抗氧化酶如CAT、GPX、APX和GR活性升高,根和叶片中游离脯氨酸、根中可溶性酚和T-SH、茎和叶片中ASC,根和茎中GSH以及根中褪黑素含量增加,与Cd解毒相关基因如NAS1表达量上调,说明褪黑素能够抑制苹果砧木根系吸收和转运Cd的能力,提高细胞抗氧化水平,有效清除细胞内的ROS,增强苹果砧木对Cd的耐受性。但30μM Cd + 0.1 μM褪黑素处理下青州林檎根和叶片中CAT和GR、根中GPX和APX活性,以及根和叶片中游离脯氨酸、叶片可溶性酚和T-SH、茎和叶片GSH含量低于山定子;参与Cd吸收的基因如HA7和NRAMP1的转录水平高于山定子,与Cd解毒相关基因如NAS1表达量低于山定子。说明褪黑素对缓解山定子Cd胁迫的作用更明显。4.通过比较50μM Cd胁迫下4种苹果嫁接苗对Cd的吸收和转运、抗氧化水平及基因表达的变化,发现Cd导致4种苹果嫁接苗的生物量、光合速率和色素含量降低,但Cd对寒富/山定子的影响最小。寒富/山定子和富士/山定子根系和接穗Cd含量、Cd富集总量和BCF分别小于寒富/青州林檎和富士/青州林檎,说明以山定子为砧木能有效减少Cd在苹果嫁接苗中的富集。Cd胁迫下寒富/山定子木质部、韧皮部和叶片Cd含量及水溶态Cd含量低于其他3种苹果嫁接苗,根和叶片细胞壁组分Cd所占比例最大,细胞器组分Cd含量和比例最小,与Cd吸收和转运相关基因如HA7、FRO2-like、NRAMP1和NRAMP3表达量较低,说明寒富/山定子根系固持Cd的能力较强,能降低Cd在嫁接苗中的移动速率。另外,Cd胁迫下寒富/山定子韧皮部和叶片ROS和MDA含量最低,叶片可溶性酚、ASC和GSH含量最高,与Cd解毒相关的基因如MT2表达量最高,说明寒富/山定子对Cd的忍耐性强于其他3种苹果嫁接苗。