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一氧化氮（NO）是生物体内广泛存在的信号分子,不仅调控植物的生长发育,也参与多种逆境胁迫的应答中。铝(Al3+)和镉(Cd2+)是土壤中两种有毒的金属离子。在酸性土壤中（pH<5.5）,铝是限制植物生长和作物产量的主要因素,且重金属镉的活性也随着土壤pH值的降低而显著提高。镁（Mg）是植物生长的必需营养元素,在植物生长和抗逆胁迫中具有重要作用。由于易淋洗和铝毒等问题,镁缺乏也是酸性土壤中限制植物生长和作物产量的重要因素。本研究以模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）和药用植物三七（Panax notoginseng（Burk）F.H.Chen）为研究对象,利用植物生理学、生物化学与分子生物学以及遗传学等手段分析镁对NO信号的调节参与植物抗铝毒胁迫和降低重金属镉污染的调控机理。研究结果为提高植物的抗铝能力和降低镉累积提供新的研究思路,也为提高药用植物三七的品质和产量提供理论指导依据。主要研究结果如下:1、在拟南芥中,Al毒和缺Mg诱导的NO产生都有助于抑制主根生长和细胞周期进程。相反,在Al胁迫和/或Mg缺乏的条件下,Mg的使用缓解了与NO产生相关的根生长抑制。CYCB1;1::GUS和QC25::GUS转基因材料的实验结果表明,Al诱导的NO生成会抑制根尖分生区细胞分裂能力和静止中心的干细胞活性,从而抑制根的生长。在Al存在或不存在的情况下,镁降低了野生型（Col-0）根中与NO生物合成酶相关的基因的活性和表达,但不降低Mg转运蛋白突变体幼苗（mgt1）中的活性和表达。因此,与Al胁迫下的Col-0植物相比,mgt1突变体植物表现出高Al积累、NO浓度和Al敏感性。NO合成突变体noa1和nia1nia2均显示出对Al毒和Mg缺乏不敏感,进一步证实NO产生的减少涉及Al毒和/或Mg缺乏下Mg介导的根生长促进。总之,本章实验结果表明,Mg介导的根生长和铝耐受性的增强与改变拟南芥中的NO产生有关。2、三七中,Al毒害和Cd胁迫诱导的NO产生均导致根对Mg的吸收降低。Cd增加NO相关合成酶NR的活性、破坏细胞膜完整性,增加根中的Cd累积。NR和14-3-3蛋白相互作用启动子（MgCl2）的使用显着降低了Cd诱导的NO产生和根中Cd的富集。表明NR和14-3-3蛋白是影响根系Cd积累的主要因素。相反,蛋白质磷酸化抑制剂（冈田酸,OA）以及NR和14-3-3蛋白质相互作用抑制剂（5’-AMP）不改变三七中的Cd积累。此外,Western-Blot结果显示Cd显着抑制14-3-3蛋白的表达并减少与NR的相互作用,MgCl2可有效改善这种状况。本章结果表明,镁可以通过增强14-3-3蛋白与NR的相互作用降低三七中镉诱导的NR依赖性的NO生成,降低根中的Cd累积。3、田间实验中,Mg的叶面喷施增加了叶片的叶绿素含量、根茎叶的干重以及根中总皂苷含量,且在增加根中镁含量的同时降低了镉和铝含量。土壤施镁实验结果表明,Mg的使用虽然对茎的干重影响不明显,但显著增加了根和叶片的重量。相比叶面喷施,土壤施镁在大幅提高根中Mg含量的同时大幅降低了根中重金属Cd和Al的富集。以上实验结果表明,田间种植过程中,镁的使用能有效促进三七生长、增加三七产量、提高三七药用成分含量并降低三七药用部分的重金属Cd和Al的含量。