【摘 要】
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金莲花（Trollius chinensis）是多年生、观赏价值高的草本植物,也是北方地区一种重要的园林绿化植物。近年来,随着工业化和城市化进程加快,土壤铜、镉污染情况日益严重,对自然环境和人类生活造成不利影响。因此,本研究以金莲花为试验材料,利用不同浓度二价铜、镉离子溶液进行为期6天的胁迫,对胁迫处理后幼苗的生长及生理生化指标进行测定,探索其对铜、镉的生理响应机理;同时结合镉胁迫下转录组分析,从
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金莲花（Trollius chinensis）是多年生、观赏价值高的草本植物,也是北方地区一种重要的园林绿化植物。近年来,随着工业化和城市化进程加快,土壤铜、镉污染情况日益严重,对自然环境和人类生活造成不利影响。因此,本研究以金莲花为试验材料,利用不同浓度二价铜、镉离子溶液进行为期6天的胁迫,对胁迫处理后幼苗的生长及生理生化指标进行测定,探索其对铜、镉的生理响应机理;同时结合镉胁迫下转录组分析,从形态-生理-分子层面进一步阐述金莲花幼苗对镉胁迫的响应机制。主要研究结果如下:（1）随着铜胁迫程度的加剧,金莲花幼苗受害程度逐渐加深。电导率（EL）、最小荧光（Fo）、非光化学淬灭系数（q N）、丙二醛（MDA）、可溶性蛋白（SP）、活性氧（ROS）含量和还原型谷胱甘肽（GSH）含量在1.5 m M铜处理时较对照显著增加,表现出对铜毒害的敏感性。当胁迫浓度达到9.0 m M时,金莲花幼苗生长与生理活动受到严重的抑制,生物量整体降低了50%以上,植株达到半致死状态;渗透调节物质中,SP含量在铜胁迫下上升幅度最大,为对照组的1.6倍;SOD、单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）、抗坏血酸氧化酶（AAO）等抗氧化酶活性达到最大值;地上部离子含量最高,为对照的20.5倍。浓度升高至12 m M时,金莲花幼苗根冠比、生物量、光合色素含量、净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、最大光化学效率（Fv/Fm）均显著降到最低值;渗透调节物质SP、可溶性糖（SS）、脯氨酸（Pro）含量、SOD、MDHAR、GSH、AAO等抗氧化酶开始出现下降趋势,表明最高胁迫浓度已经超出植物所能承受的范围,对植株造成极其严重的毒害。（2）低浓度镉胁迫对金莲花幼苗生长影响不显著,镉浓度越高则金莲花幼苗所受毒害作用越大。植株生长表型变化、活性氧、离子含量相关指标在5、10μM镉处理时与对照组差异不显著,而根冠比、Chlb、Pn、Tr和Fv/Fm和PSII实际光合产能Y（II）则较对照显著下降,GSH、MDHAR显著增加。植株生物量、根长与根系活力、光合作用指标参数随镉处理浓度逐渐升高显著下降;地下部镉离子含量始终高于地上部,离子富集和转运系数不断降低。渗透调节物质、SOD、POD、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、MDHAR活性随镉浓度增加较对照显著增强,说明镉胁迫下植物通过促进Pro等渗透物质的合成和增强SOD等抗氧化酶活性来共同耐受毒害。（3）通过铜、镉指标间的相关性和主成分分析可知,具有代表性的铜耐受性综合评价指标有株高增长量、根长、根冠比、MDA、GSH、叶绿素总量、胞间CO2浓度（Ci）、Y（II）、q P、q N;金莲花幼苗镉耐受性综合评价指标有MDA、H2O2、POD、GSH、AAO、MDHAR、气孔导度（Gs）、Tr、Fo、q N。同时,MDA、GSH可以视作潜在的铜、镉生物标志物。隶属函数综合分析表明金莲花幼苗对镉胁迫的耐受性整体强于铜胁迫,即幼苗在镉胁迫环境下表现出更强的适应性。（4）转录组测序结果表明,金莲花在10μM的镉处理下共获得308个显著性差异表达基因,其中219个基因上调,89个基因下调。通过GO和KEGG富集分析可知,金莲花差异表达基因显著富集于分子功能中的催化活性与代谢途径中的类胡萝卜素生物合成途径。同时,WRKY、MYB、MATE等转录因子也有明显响应,表明植物在分子层面上通过诱导次生代谢物的合成和转录因子调节等方式响应镉毒害。利用q RT-PCR技术对随机选取的6个共表达基因进行验证,结果表明6个基因表达量与转录组测序结果相一致。
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