近几年来,我国工业的发展非常猛速,经济高速提升,同时对自然环境的污染也随之增加,人类对重金属环境的治理采取了多种修复方法,其中植物修复已成为一个研究的热点。本研究以苋科(Amaranthaceae)苋属(Amaranthus L.)的尾穗苋(Amaranthus caudatus)为试验材料,通过水培和土培的方法,对不同浓度镉胁迫下尾穗苋种子萌发、幼苗不同时期的生理特性、各器官镉富集规律及基因组DNA甲基化的变化情况进行研究,同时对同一镉浓度处理下添加不同浓度的柠檬酸后生理特性的初步探究,旨为挖掘出对重金属污染具有修复潜力的植物,也为植物复合修复提供理论依据。已取得研究结果如下:1.镉胁迫对尾穗苋种子萌发及幼苗生长的影响:尾穗苋在不同浓度镉处理下表现出“低促高抑”现象,即低浓度镉溶液(0~50 mg/L)处理时促进尾穗苋植物种子的萌发,而高浓度镉溶液(100~500 mg/L)处理抑制种子的萌发;镉胁迫下发芽率均达到90%以上,并在镉浓度为50 mg/L时种子发芽率最高为98.90%;镉处理下的尾穗苋根长和苗长均低于对照组(0 mg/L),并且根长和苗长随镉处理浓度升高呈下降趋势。2.镉胁迫对尾穗苋生理抗性的影响:对不同浓度镉胁迫下尾穗苋生长过程的不同时期进行各项生理指标的测定及分析,结果显示:(1)随着镉浓度升高,尾穗苋植物SOD、POD、CAT活性和可溶性蛋白含量呈现出先增后降的趋势,并在镉浓度为100 mg/L时达到最大值;(2)植物的叶绿素含量随着镉浓度升高呈现出降低规律,体内叶绿素含量均低于对照组;(3)镉胁迫处理均导致各时期的尾穗苋体内Pro含量、MDA含量升高,且随着镉浓度的升高总体呈上升趋势。3.镉胁迫下添加外源柠檬酸对尾穗苋生理抗性的研究:对尾穗苋进行同一镉浓度(100 mg/L)处理后,再添加不同浓度外源柠檬酸进行处理,结果显示:随着柠檬酸浓度增大,氧化酶活性(SOD活性、POD活性、CAT活性)和叶绿素含量呈现出先增后降的趋势;而丙二醛含量和游离脯氨酸含量呈先降后升的规律,但都均低于对照组(0mmol/L),表明添加外源柠檬酸可使尾穗苋能耐受较高浓度的镉胁迫,并且在抵御镉胁迫伤害方面发挥积极的效果。4.镉胁迫下尾穗苋镉积累量的研究:对不同浓度镉胁迫下尾穗苋体内镉含量和土壤镉含量进行测定及分析,结果显示:尾穗苋植物地上部分和地下部分对镉的富集量均随着镉浓度升高而增加,且植物镉含量随着土壤镉浓度升高而增加;镉胁迫处理下,尾穗苋地上部分总和高于地下部分,富集规律为根>叶>茎>花,富集系数在2.28~3.35范围内,转移系数在1.07~1.40范围内,均大于1,这说明该植物是重金属镉的超积累植物,能显著降低土壤中重金属含量,减轻重金属污染程度,可以有效地起到修复土壤重金属污染的作用。5.不同浓度镉胁迫对尾穗苋DNA甲基化的影响:利用MSAP技术对镉胁迫下尾穗苋基因组DNA甲基化变化情况进行分析研究,结果显示:随着镉处理浓度升高尾穗苋基因组DNA甲基化水平和甲基化多态性呈上升趋势,并且均与镉处理浓度呈正相关性。经0、50、100、150和200 mg/L浓度镉处理后,全甲基化率分别为13.49%、14.35%、14.41%、14.88%和15.69%,总甲基化比率分别为17.21%、20.18%、20.96%、21.49%和22.35%,可见重金属胁迫处理后,尾穗苋基因组CCGG位点发生甲基化的方式主要是以全甲基化为主,并且DNA总甲基化水平随镉浓度升高而呈上升趋势;在DNA甲基化模式变化方面,50、100、150和200 mg/L浓度胁迫下重新甲基化率分别为5.83%、7.42%、9.50%、10.98%,去甲基化率为6.73%、5.68%、4.96%、3.53%,由此可知重新甲基化和去甲基化的比值不断增加,尾穗苋在重金属镉诱导下重新甲基化水平呈升高趋势,重新甲基化为主要的甲基化变化模式。