近年来,全球经济发展迅速,随之而来的是人类生存环境的污染加重,人类的健康受到严重威胁,重金属污染就是人类要面对的问题。镉作为重金属中毒性和迁移性最强的一种,通过食物链在人体内累积并造成危害。人体镉中毒是积累性的,一旦吸收进入人体之后,很难排除体外,对人群健康危害的特点是低剂量、长期和慢性中毒。因此,如何消除环境的镉污染成为环境学界急需解决的重大课题。与传统重金属污染修复方法相比,重金属污染的植物修复技术以其无污染、低成本的“绿色”修复成为各国重金属污染治理领域的热点。重金属污染的植物修复技术应用的前提是发现重金属超富集植物,但目前国内外筛选的镉超富集植物比较少,导师课题组通过对福建重金属矿区生长植物的大量调查,发现小飞蓬对镉有很强的富集能力,但目前对小飞蓬的镉机制还不太清楚,极大地制约了镉富集植物的推广应用。有鉴于此,本文以导师课题组前期研究筛选出的镉富集植物——小飞蓬(Conyza canadensis)为试验材料,试图通过盆栽胁迫模拟试验,研究小飞蓬在不同镉胁迫条件下的抗氧化系统、丙二醛、可溶性蛋白、叶绿素、质膜透性、细胞超微结构等生理生化过程的变化,同时通过测定小飞蓬体内有机酸、非蛋白巯基、植物螯合素、重金属含量等指标,探讨小飞蓬对镉胁迫的耐性机制,为镉富集植物在重金属污染土壤修复中的推广应用提供科学依据。主要研究结果如下:1、在镉胁迫条件下小飞蓬的株高、地上部分鲜重、地下部分鲜重均呈下降趋势。但在低浓度镉胁迫时表现出一定的耐性,随胁迫浓度的升高,下降幅度增大。小飞蓬株高、地上部分生物量、地下部分生物量与镉处理浓度呈极显著负相关(P<0.01),说明镉胁迫处理对小飞蓬的生长有明显抑制作用。2、在镉胁迫条件下小飞蓬叶片相对电导率逐渐增大,说明镉处理破坏了细胞膜系统,导致细胞膜透性增大。随着镉胁迫浓度的增加,小飞蓬叶片内叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量总体上呈降低趋势。与对照相比,镉浓度400 mg·kg-1处理的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量均呈显著差异(P<0.05)。说明镉胁迫可能对叶绿体结构造成了破坏。在镉处理下小飞蓬SOD随着镉处理浓度的增加呈先升高后降低趋势,在100 mg·kg-1时活性达到最大值。POD、CAT随着镉处理浓度的增加呈先升高后降低趋势,在200 mg·kg-1时活性达到最大值。说明这3种抗氧化酶对活性氧的清除能力受镉处理浓度影响,当处理浓度继续增加到一定范围时,酶清除能力受到抑制,细胞内活性氧大量积累并造成膜脂过氧化。随镉胁迫浓度的增加,小飞蓬叶片的MDA含量总体上呈先升高后降低趋势,但变化幅度较小。说明小飞蓬受镉处理浓度的影响较小,表现出较强的抗氧化能力。随镉处理浓度的增加,小飞蓬叶片可溶性蛋白含量总体上呈先缓慢上升后逐渐下降趋势。说明低浓度时镉可以诱导新蛋白质的合成,而高浓度时抑制了蛋白质合成,造成部分蛋白质分解。3、小飞蓬叶片、根的非蛋白巯基含量、GSH含量、PCS含量随镉处理浓度的增加呈逐渐上升趋势,但在最高浓度400 mg·kg-1时根含量略有下降。镉处理浓度与叶片非蛋白巯基含量、GSH含量、PCS含量的相关系数分别为0.907、0.827、0.813,呈极显著正相关(P<0.01);根的相关系数分别为0.945、0.923、0.813,呈极显著正相关(P<0.01)。说明在镉的胁迫下,小飞蓬启动了合成PCS的机制,与镉螯合生成无毒的螯合物,以减轻镉对植株的伤害,PCS可能是小飞蓬抵御重金属伤害的机制之一。4、小飞蓬叶片在镉处理下各种有机酸的测定表明:镉对小飞蓬叶片苹果酸、酒石酸、草酸、乙酸、柠檬酸均未有明显诱导作用。小飞蓬根在镉的处理下苹果酸、柠檬酸含量呈上升趋势。镉处理浓度与小飞蓬根的柠檬酸含量相关系数为0.671,呈极显著正相关(P<0.01)。草酸含量在镉处理下均低于对照含量,仅在最高浓度时含量超过对照水平,整体未有明显诱导作用。因此,有机酸代谢可能不是小飞蓬的耐镉机制。5、叶绿体在低浓度镉处理下时开始膨胀,但结构未发生明显变化;高浓度时部分叶绿体由原来的长椭圆形膨胀为球形,类囊体排列较紊乱。线粒体在低浓度时,线粒体嵴突排列无序,部分嵴突膨胀;高浓度时,线粒体出现空泡,嵴突膨胀,但双层膜依然完整。细胞核在镉处理下核质分布均匀,核膜清晰完整,没有明显受害迹象。说明叶绿体和线粒体在镉处理下比较敏感,叶绿素含量下降,但细胞核则未受明显伤害,仍能继续生长。6、随镉处理浓度的增加,小飞蓬叶片和根的镉累积量呈逐渐升高趋势。在镉处理浓度400 mg·kg-1时,叶片镉含量为180.248 mg·kg-1,根镉含量达232.412 mg·kg-1。在镉胁迫处理条件下小飞蓬对镉的转运系数小于1,未达到超富集植物标准。但小飞蓬地上部分生物量大,对生境要求低,因此作为一种镉的富集植物,可广泛用于南方镉污染严重地区的土壤修复。