近几年来,重金属铬污染越来越严重,铬是污染我国土壤主要重金属之一,它会严重影响植物的生长发育,毒害植物细胞,甚至导致植物死亡。为了探索青梗菜在铬胁迫下的代谢响应机制,本研究以青梗菜(Brassica rapa L.ssp.chinensis L.)作为样本材料,青梗菜属于十字花科,为叶菜类蔬菜的典型代表。通过溶液培养实验,测定青梗菜在不同时间(0、7、14、21、28天)不同浓度六价铬胁迫下叶片的生理指标(光合速率、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、SOD、POD、CAT)变化并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定叶片和根系代谢产物变化。在生理水平上:不同时间不同浓度铬胁迫下与对照相比,低浓度(0.5 mg/L)铬胁迫促进青梗菜生长,表现为表型上植高,叶片大小明显比对照大。而在高浓度铬胁迫下,青梗菜还会产生大量活性氧,导致植株生长缓慢,光合速率、叶绿素a和叶绿素b含量总体下降,但短时间(7天)铬胁迫下,类胡萝卜素、SOD、POD和CAT酶活性均上升,说明青梗菜在铬胁迫初期启动体内防御系统,对铬毒害有一定的抵抗能力。在代谢水平上:通过GC-MS分别检测出了青梗菜叶片145个代谢物和根系中101个代谢物,主要包括有机酸,氨基酸和糖类等。低浓度铬胁迫下,青梗菜叶片及根系代谢物并没有发生显著性变化;高浓度铬胁迫下,部分代谢物发生了显著性变化。叶片中分别有10个和24个代谢物在2 mg/L和8 mg/L铬胁迫7天下发生明显改变,在铬胁迫14天分别有26个和24个代谢物发生改变;根系中分别有14个、18个、17个和18个代谢物在2 mg/L、4 mg/L、8 mg/L和10 mg/L铬胁迫10天下发生明显改变。铬胁迫导致参与三羧酸循环的柠檬酸和琥珀酸含量显著增加,苹果酸、顺乌头酸和异柠檬酸含量降低。参与糖酵解的葡萄糖显著增加,6-磷酸果糖显著降低。且还引起了部分氨基酸(天冬氨酸、半胱氨酸、精氨酸)和糖类(木糖、来苏糖、果糖)含量显著增加。同时,有机酸的积累随着铬胁迫浓度的升高而增多,有机酸可以缓解植物在胁迫下所受到的伤害,其中柠檬酸最为显著,最高增加了13.68倍。铬胁迫引起了三羧酸循环,转氨循环,糖酵解途径,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢及淀粉和蔗糖代谢等代谢系统的改变,影响了有机酸、氨基酸及糖类的合成代谢,从而影响青梗菜的生长发育。