重金属污染造成的环境问题受广大研究者的瞩目,尤其是工业发展造成的土壤污染。镉(Cd)是第三大污染物,且是唯一一个在对植物没有表现出生理毒害的情况下对人体和动物有健康风险的重金属元素。Cd对植物生长的抑制不仅表现在形态学水平,而且表现在生理学水平。为缓解Cd毒害,许多方法被研究者采用。其中必需营养元素和有益营养元素有助于缓解Cd毒害并降低Cd在植物可食部位的积累。对于包括花粉形态和发育以及花粉管生长在内的花粉生物学的理解有助于提高植物的生产力。花粉对重金属极其敏感,然而对保护该重要部位免受重金属胁迫的研究鲜有报道。众所周知,硒(Se)可以缓解Cd对多种植物的毒害,但是Se对生殖器官的影响鲜有报道。此外,钼(Mo)降低Cd毒害的功能尚未见报道。因此,我们研究Mo和Se对遭受Cd胁迫的油菜的缓解效应。本试验以两种具有不同Cd累积能力的油菜为研究对象,设置不同的Se浓度和Mo浓度并进行土培试验和水培试验,其中土培试验又分为土施和喷施Se和Mo。主要从植株生长、光合作用、元素浓度、抗氧化酶、花粉形态和Cd基因表达等角度研究了三种不同的施用方式(叶面喷施、土施、水培)下Cd污染植株的响应。首先,我们采用盆栽实验研究Cd胁迫下单独或同时喷施Mo(0.3 mg/L)、Se(1 mg/L)对Mo和Se的吸收转运,Cd的吸收和在油菜不同部位的分配,以及对花粉的形态、发育、萌发率的影响。单独喷施Se或者Mo都可以缓解重金属毒害,提高植物的生物量,但是当二者配施时,对植物的根和茎并未表现出显著的缓解效应,种子的质量反而降低了 10-11%。Se和Mo分别降低了 Cd在种子中的积累量(6.8%,9.7%)。显微镜、扫描电镜观测和花粉活力检测结果表明,Cd对花粉粒产生了负面影响进而干扰植物的生殖能力。单独喷施Se或者Mo都可以缓解Cd对花粉粒造成的毒害。花粉萌发实验结果表明,500μM Cd显著抑制了花粉的萌发,且萌发率低于2.5%,然而,当加入Se(10 μM)或Mo(1.0 μM)后,萌发率分别增加至66.2%和39.4%。在分子水平,Se和Mo影响了根部Cd吸收基因(IRT1),Cd转运基因(HMA2和HMA4),将Cd隔离在液泡中的基因(HMA3,PCS1)的表达,最终调控了 Cd在植物组织中的分布。在第二次试验中,我们研究了不同Cd胁迫下(1.0和10 mg kg-1 土)土施Se和Mo对两种油菜(L351:高的根向地上部转运Cd的能力;L338:低的根向地上部转运Cd的能力)的影响。研究结果表明,在本试验的Cd胁迫水平下,油菜的生长、光合速率、大量及微量元素、花粉粒都受到负面影响,而土施Mo或者Se可以减轻Cd胁迫造成的负面效应.与喷施相比,在有Cd或者没有Cd胁迫的条件下,同时土施Mo和Se明显提高了植株生物量。在低Cd污染土壤中(1.0 mg kg-土),L351种子中的Cd积累量达到1.0 mg kg-1,超出了最大污染限度值。本试验中Mo与Cd之间存在拮抗作用,表现在Cd污染(Cd1.0和Cd10)降低了植株Mo含量。反之,Mo和Se之间存在协同作用,表现在与单施Mo、Se相比,Mo和Se配施显著提高了植物的Mo、Se含量。Cd、Mo、Se的施用影响了花药结构和花粉粒形态。在本研究中所使用的Mo、Se施用量对是否受到Cd污染的油菜的生长都有益。最后,我们进行水培实验,其中Se和Mo浓度都为0.1、1.0和2.0 μM,Cd胁迫浓度为10 μM。在Cd胁迫下,两种油菜不同程度地表现出生长迟缓,包括株高、叶片数、生物量、根系形态、叶绿素含量以及光合速率等。与对照相比,Se的施用浓度为1.0-2.0 μM时可缓解Cd对植物生长的抑制。Cd胁迫下加Se后对两种油菜的影响明显不同,表明施Se产生的有益作用不仅与施Se量有关,也因植物种类或品种而异。在Cd胁迫下,高浓度的Mo有益于植物生长,而低浓度的Mo则相反。此外,将单施Se、Mo的最优浓度同时施用到油菜中可能不利于植株生长,因此配施Se和Mo时需要对浓度进行优化调整。Cd胁迫下,Se和Mo对生长的有益作用表现在提高光合作用、叶绿素含量、抗氧化酶活性以及对Cd吸收、分配的调控。同时,施用低浓度的Se和Mo起到了限制花粉畸形的有益作用。高浓度的Se和Mo增加了不规则的花粉粒的数量,主要表现在花粉粒破裂或完全打开。通过能量色散X射线光谱(EDX)进一步解释Cd对花粉粒生长发育的毒害,具体表现为Cd污染改变了花粉粒的元素组成,显著降低了部分必需元素的含量,比如磷(P)、钙(Ca)、硫(S)、钠(Na)。另外,尽管Mo和Se对Cd胁迫下的花粉生长有有益作用,但对花粉的元素组成并未表现出显著影响。这一结果说明Mo和Se缓解Cd对花粉粒的毒害可能不是通过恢复花粉的元素组成,而是通过降低授粉期的花粉中的Cd累积。