我国土壤镉等重金属污染问题日趋严重,量大面广,修复难度大。植物提取作为一种利用绿色植物转移环境中污染物的原位修复技术,其成本低、环境友好、不引起二次污染,在污染土壤生态修复中具有广泛的应用前景。超积累植物是一类可在地上部高量积累重金属的特异植物,是应用于污染环境植物修复的优良材料。植物超积累重金属相关机制的深入研究,不仅可促进创新植物营养理论的发展,更有助于为优化与改良重金属污染土壤植物修复技术奠定理论基础。目前国际关于超积累机理研究进展多集中于十字花科植物,且相较于镍／锌等超积累植物,镉超积累植物种类十分稀少。东南景天(Sedum alfredii Hance)是我国原生的锌镉超积累植物,在我国重金属污染土壤植物修复领域具有潜在的应用前景。尽管对东南景天超积累特性和生理机制已有一些研究,但其对镉的吸收积累机理尚不完全清楚。前期研究表明快速的根系吸收、木质部装载与地上部的区隔作用是使东南景天超量积累镉的重要机制,且体内镉的吸收、积累及解毒与钙的吸收、代谢途径密切相关。然而,有关东南景天地上部如何积累与解毒高量镉及其与钙运输体系之间的关系尚未探明。基于此,本研究以超积累生态型与非超积累生态型东南景天为材料,在建立与优化植物叶片原生质体分离与纯化技术的基础上,采用荧光探针染色定位、Micro-XRF等技术,在细胞水平上较系统地研究了东南景天地上部植物细胞对镉的吸收与积累特性及其与钙运输体系之间的关系。研究取得的主要结果如下：(1)以营养液培养2周的两种生态型东南景天为材料,建立并优化了植物叶片细胞原生质体与液泡的提取与纯化技术体系。结果显示,细胞裂解液的预热处理可加速细胞壁降解,有效缩短原生质体的释放时间；裂解时间设置为2h时,两种生态型东南景天原生质体释放数量较多,且不易破碎,而无论缩短或延长裂解时间均不利于原生质体的高效提取。经上述参数优化后提取并纯化后的两种生态型东南景天原生质体数量多,质量佳。在此基础上,通过多个参数比较,改良了原生质体裂解液浓度、细胞保护液浓度以及梯度离心的操作步骤,建立了两种生态型东南景天叶片细胞液泡的提取技术。本研究建立并优化后的东南景天叶片原生质体与液泡提取方法具有提取时间短、效率高、操作简单等优点,且获得的原生质体与液泡具有纯度高、存活时间长等特点。这一方法体系的建立为进一步从细胞与亚细胞层面揭示超积累植物东南景天对重金属的吸收与积累机制提供技术支撑。(2)以营养液培养2周的两种生态型东南景天叶片为材料,通过上述建立并优化的原生质体提取技术分离并纯化获得原生质体悬浮液,采用ICP-MS、荧光染色定位等方法研究比较了超积累和非超积累两种生态型东南景天叶片细胞对镉的吸收特性,及其受低温、代谢抑制剂与钙通道抑制剂的影响。结果显示,两种生态型东南景天叶片原生质体对镉的时间动力学与浓度动力学吸收特性并无显著差异,且吸收量均受低温抑制。但镉在两种类型原生质体中的时空分布特征存在明显差异,经200μM镉处理10 min-2.0h后,在超积累生态型东南景天叶片原生质体中可明显观察到部分镉存储于液泡当中,而非超积累生态型叶片原生质中则无此现象。此外,经200μM镉处理5.0h后,超积累生态型东南景天叶片原生质体仍有部分保持完整,而非超积累生态型东南景天叶片原生质体几乎全部破裂,且经镉处理不同时间(0.25-7.5 h)后其存活率均显著低于超积累生态型(P<0.05)。此外,钙离子通道抑制剂对超积累生态型东南景天原生质体镉吸收有抑制作用,对非超积累生态型东南景天则无显著影响,表明前者对镉的吸收可能由钙通道调控。上述结果表明,两种生态型东南景天叶片细胞原生质体对镉的吸收并无显著差异,且均是主动需能过程,其主要区别在于超积累生态型东南景天叶片细胞能更迅速地将镉区隔到液泡中,这可能在一定程度上减缓了镉对细胞的毒害作用。(3)在初步明确“超积累生态型东南景天叶片细胞对镉的吸收可能由钙通道调控”的基础上,进一步采用同步辐射微区X射线荧光(Micro-XRF)技术研究了不同外源钙浓度对超积累生态型东南景天体内镉在细胞水平上的分布与积累特性的影响。结果表明,经不同钙浓度(0.5 mM、2.0mM与8.0mM,分别表示低钙、正常供钙与高钙水平)和100μM Cd处理7d后,低钙(0.5 mM)条件下超积累生态型东南景天茎叶中的镉积累量均为最高,随着钙浓度增加,叶、茎的镉积累量明显下降,其中在幼叶中表现最为明显。镉的Micro-XRF分布图像进一步证实了低钙处理下叶片中镉荧光丰度明显高于正常供钙或高钙处理组,且幼叶中镉主要分布于叶肉细胞。茎切片中镉的分布特征显示低钙处理条件下其维管组织中镉的丰度高出正常供钙或高钙处理的几十倍。茎的切片中维管组织进一步精细扫描结果表明,低钙处理条件下镉在韧皮部中丰度最高,而正常供钙条件下,镉则在木质部中最高。上述结果表明,低钙胁迫促进了东南景天体内镉的韧皮部运输,促进幼嫩组织对镉的吸收与积累,进一步从组织与细胞水平上证实了超积累生态型东南景天体内镉的吸收、运输与积累与钙运输体系密切相关。