我国土壤重金属污染形势严峻,对粮食安全与人体健康构成严重威胁,土壤重金属污染修复是目前急需解决的环境问题之一。相较基于物理、化学原理的传统重金属污染土壤修复技术,植物修复具有绿色安全、环境友好等优势,能够提取、稳定土壤中的重金属。桑树(Morus alba L.),属桑科桑属,对重金属具有较强的耐受与吸附修复能力。根系分泌物作为维持根系功能和调控根际微生态系统的内在驱动因子,能够通过改变其组分响应重金属胁迫。根际土壤理化性质受根系分泌物影响,土壤重金属有效性发生变化,对去除污染土壤重金属具有重要作用。本试验以桑树为试验材料,通过水培试验研究不同浓度Cd胁迫对桑树生长、生理指标的影响,不同器官中Cd的富集和迁移情况,及根系分泌物的变化,从而筛选出差异代谢物与关键代谢通路。基于土壤培养试验,探究桑树根系分泌物对土壤有效态Cd含量的影响。主要研究内容如下:(1)针对桑树在Cd胁迫下的生长、生理响应开展研究,发现Cd胁迫对植物生长具有明显抑制作用,随着Cd胁迫浓度的增加,毒害作用加剧,株高、根长总体呈下降趋势。低浓度Cd胁迫下,桑树通过叶绿素的合成,增强光合作用以抵抗Cd毒害,叶绿素含量较对照组显著升高,丙二醛含量与对照组基本持平,超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性均无显著变化,未能激起抗氧化酶的活性。高浓度Cd胁迫下,叶绿素含量、过氧化物酶及过氧化氢酶活性降低,丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性上升,对植物细胞损害明显,超出桑树的耐受范围。(2)通过对不同浓度Cd胁迫下,桑树各器官富集特征及叶片中Cd化学形态分布比例进行研究,发现Cd主要积累于桑树的根系,桑树各器官Cd积累量表现为根>叶>茎,桑树根系富集系数>1、迁移系数<1,具有通过植物根系固定修复重金属污染的潜力。迁移活性较低的醋酸提取态Cd在桑叶中的Cd化学形态占比最大,随着Cd胁迫浓度的增加,桑叶中Cd化学形态表现出向高迁移活性转化的趋势。(3)通过GC-TOF-MS,对不同浓度Cd胁迫下的桑树根系分泌物进行检测分析,在桑树根系分泌物中共检出124种化学物质,其中含有蔗糖、纤维二糖醇、乳糖1、4-乙酰丁酸等17种差异代谢物。KEGG通路富集分析发现,低浓度Cd胁迫显著富集的代谢通路有5个,高浓度Cd胁迫显著富集的代谢通路有4个,低浓度与高浓度Cd胁迫处理比较的显著富集代谢通路有8个。对差异代谢物代谢途径进行综合分析,未发现响应低浓度Cd胁迫的关键代谢通路,响应高浓度Cd胁迫相关的关键代谢通路有3个。(4)通过土壤培养试验,研究桑树根系分泌物不同组分对土壤pH值及有效态Cd含量的影响,发现处理第1天随着酒石酸、草酸、4-乙酰丁酸添加浓度的增加,土壤pH值越低,土壤有效态Cd含量越高,土壤活化效果越好。根系分泌物浓缩液添加仅在高浓度时,较对照组土壤有效态Cd含量显著增加。随着处理时间的增加,有机酸在土壤中被逐渐分解,活化作用降低。以上研究旨在为揭示桑树耐Cd机理及其根系分泌物对Cd污染土壤的活化作用机制等后续研究提供参考。。