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土壤重金属污染是一个全球性的环境问题,因而研究土壤重金属污染修复技术具有重要意义。土壤重金属污染植物修复技术包括植物提取、根际过滤、植物稳定和植物挥发。其中,植物提取是指利用超积累植物吸收土壤中的重金属并转运到地上部分,通过收获植物茎叶从而达到清除土壤重金属的目的。芥菜(Brassicajuncea)在植物提取修复中极具应用潜力。阐明芥菜耐受Cd胁迫的生理与分子机制具有重要的理论价值与应用前景。本文研究了芥菜对Cd胁迫的生理响应及相关miRNA,主要结果如下:(1)用1/4Hoagland营养液培养芥菜至长出5片真叶,分别以含Cd浓度为0μM、10μM、80μM、200μM的营养液处理0h、6h、48h、7d,对不同处理的芥菜进行Cd含量测定、丙二醛(MDA)含量测定、二氨基联苯胺(DAB)染色以及抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性测定。结果显示:随着Cd处理浓度升高、Cd处理时间延长芥菜根系与叶片中Cd元素的含量也随之升高;在Cd胁迫处理0h-7d期间,叶片中MDA的含量上升;DAB染色结果显示经过Cd处理的叶片上都出现了棕色斑点,并且随着Cd处理的浓度越大,处理时间越长,斑点越明显;说明Cd胁迫导致了 ROS增加,引发脂质过氧化,并且胁迫时间越长、胁迫浓度越大,氧化胁迫程度越高。说明Cd胁迫导致了芥菜植株内次生的氧化胁迫,且胁迫程度与Cd处理的浓度和时间是正相关的。芥菜通过体内的抗氧化酶(SOD、POD、CAT)抵御氧化胁迫。但芥菜抗氧化酶活性变化与氧化胁迫程度的变化并不完全一致,表现为短期(0h-48h)胁迫酶活性增加,随着胁迫时间延长(48h-7d)酶活性反而降低。(2)用含100μM Cd的1/2 MS培养基培养芥菜幼苗14天,对照组不添加Cd,分别取其根系和叶片提取RNA并进行small RNA高通量测序。4个样品中sRNA的Raw Reads 总量分别有 21966292 条、22330210 条、22022242 条、24168375 条,Effective ratio均达到70%以上,其中20～24nt的序列所占比例较高。miRNA表达差异分析结果显示:Cd胁迫条件下,在芥菜叶片中表达量明显降低的miRNA有miR164、miR172、miR399,表达量显著上升的有miR395、miR397,在芥菜根系中miR172的表达量显著减少,表达量显著增长的 miRNA 有 miR156、miR169、miR398、miR408。qRT-PCR检测结果与高通量测序结果基本一致。靶基因GO富集分析表明,Cd胁迫条件下差异表达miRNA的靶基因富集于蛋白修饰(protein modification process)、转运(transport)、转录(transcription)、磷酸化(phosphorylation)等生物学过程以及激酶活性(kinaseactivity)等分子功能。上述结果说明在Cd胁迫条件下miR156、miR164、miR395、miR397、miR398、miR399、miR408等可能通过调控酶和转录因子基因的表达,参与对芥菜生长发育、营养元素平衡和氧化-还原平衡的调控。