近年来,由于矿区资源的不合理开发与破坏,导致土壤及生态环境恶化,严重影响居民正常的生产与生活环境。目前,土壤重金属污染的植物修复技术仍然存在一定的瓶颈,有些镉超富集植物的生物量小,生长指标不够稳定,且在镉污染条件下的光合生长指标和毒性机理尚不够明确。本研究选取矿区本土的物种——苎麻(Boehmeria nivea)作为供试材料,采用野外现场调查方法以及室内盆栽实验方法,分别研究苎麻对重金属的富集与积累特征,以及苎麻在重金属镉的不同胁迫条件下生理、生态变化与适应性特征,探讨并评价苎麻苎麻用于植物修复的潜力与现实可行性。主要研究结果如下:(1)矿区本土苎麻对重金属的富集与积累特征。野外选取江西省德兴铜矿区8个典型的采样点,采集苎麻植株与土壤样品,分别对土壤和苎麻植株Cd、Pb和Cu等重金属含量进行测定分析。结果表明,铜矿区土壤中Cu污染严重并伴有轻微的Cd污染,Pb含量则在江西土壤背景值范围之内。8个样点土壤Cd、Pb和Cu含量均值分别为0.51、9.36和1058.21 mg·kg-1。大部分样点中苎麻植株叶片中的重金属含量最低,根系中的重金属含量最高,最高含量与最低含量间差距达10~50倍,地上部重金属含量显著低于地下部。苎麻对上述3种重金属的富集系数和转运系数从大到小依次为Cd、Pb和Cu;苎麻对Cd的富集系数和转移系数最高值分别为1.42和0.54,对Pb的富集系数和转移系数最高值分别为0.63和0.53,对Cu的富集系数和转移系数最高值分别为0.08和0.37。8个样点苎麻的地上部干重均值为1.41 t·hm-2,地上部干重最高值达2.18 t·hm-2。苎麻对Cd、Pb、Cu的累积量均值分别为0.2、1.1、24 g·hm-2。因此,苎麻对Cu、Cd具有一定的耐性,在矿区种植苎麻可有效控制土壤中的重金属污染并有效改善矿区的生态环境。(2)室内模拟不同镉胁迫条件下苎麻的生长变化与适应性特征。选取苎麻幼苗为供试材料,采用珍珠岩盆栽培养,分别设置镉浓度分别为0(对照)、20、60、120、180和240mg·L-1等6个胁迫梯度条件,分别经历21 d和49 d等两个不同周期的胁迫实验后,测定不同浓度梯度镉胁迫条件下苎麻叶片中的叶绿素含量、光合荧光参数及其荧光成像的变化,以及苎麻的镉耐受性及其光合荧光特性的关系。结果表明,经历21 d较短时间的镉胁迫之后,苎麻叶片的叶绿素a(Ca)、叶绿素b(Cb)、总叶绿素含量(Ct)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)等指标与对照相比均呈上升趋势,而胞间CO2浓度(Ci)与稳态下的非光化学淬灭(NPQLss)呈下降趋势,且Pn、Gs、Tr与PSⅡ最大量子产率(QYmax)均在Cd2+浓度为60 mg·L-1胁迫下出现最大值;经历49d较长时间的镉胁迫之后,苎麻叶片的Ca、Cb、Ct、Pn、Gs、Tr等指标与对照相比则均呈下降趋势,而Ci呈上升趋势,除240 mg·L-1 Cd2+胁迫后的苎麻叶QYmax与NPQLss值分别高出对照的2.5%和75.9%外,其余不同镉浓度处理后的苎麻叶QYmax或NPQLss值均低于对照。(3)室内模拟不同镉胁迫条件下苎麻的抗氧化系统响应特征。同样选取苎麻幼苗为供试材料,采用珍珠岩盆栽培养,在上述6个不同镉胁迫条件下,分别经历21 d和49 d等两个不同周期的胁迫实验,测定不同浓度Cd2+胁迫下苎麻根系与叶片中渗透调节物质含量、超氧化物岐化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、丙二醛(MDA)含量及根系活力的变化。结果表明:高浓度胁迫49 d后,苎麻根系中的渗透调节物质含量明显高于叶片含量,且极显著高于对照,并在240 mg·L–1 Cd处理下出现最高值;胁迫49 d时,根系与叶片的渗透调节物质含量与Cd2+浓度极显著正相关。在两个不同胁迫周期,苎麻根系的SOD与POD活性均明显高于叶片;在胁迫21 d时,根系的CAT活性低于叶片,而胁迫49 d后,则明显高于叶片;胁迫21 d时,苎麻根系与叶片的抗氧化酶活性均较胁迫49 d要高;胁迫49 d时,根系POD活性与Cd2+浓度呈极显著正相关,表明根系POD酶在抗氧化酶中占主导地位。不同胁迫时长下苎麻根系或叶片的MDA含量变化趋势不明显,但根系或叶片受胁迫21 d后的MDA含量随Cd2+浓度增加的波动相对受胁迫49 d后的更明显,表明植物早期生理功能出现暂时性的修复。两个不同胁迫周期内,不同浓度镉胁迫下苎麻的根系活力均比对照组下降。研究显示,苎麻根系与叶片对镉胁迫的应答机制不同,且在不同胁迫时间下的响应机理差异较大,根系表现出更强的耐受能力。