重金属污染已成为全球范围的主要问题之一,其中土壤镉(Cd)污染已成为当今社会普遍关注的问题。Cd极易被农作物根系吸收并在体内积累,直接影响作物的生长和发育,造成农作物减产及Cd的积累。作物中的Cd还将通过食物链的富集作用进入人体,对人类的健康造成严重威胁。因此,寻找合适的方法以缓解土壤Cd污染对作物的生长胁迫并降低作物体内Cd的含量尤为重要。本论文以野生型(wt)、ABA 敏感相关(abi1/hab1/abi2、abi1/hab1/pp2Ca和snrk2.2/2.3)、镉吸收相关(irt1-1和irt1-2)的突变体拟南芥和蔬菜作物小白菜(Brassica chinensis L.)为供试材料,提出了施用产脱落酸(abscisic acid,ABA)的微生物菌肥可有效缓解土壤Cd胁迫并降低植物体内镉含量的新措施及其内在作用机制,为中轻度Cd污染土壤的作物的安全生产提供新的技术途径。主要取得以下几方面的研究结果:(1)1-5 mg kg-1 Cd显著降低了拟南芥地上部的鲜重,降幅为16-40%。与灭活菌对照相比,接种枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)后受Cd胁迫的拟南芥地上部鲜重增加38-102%,Cd诱导的氧化胁迫(MDA,H2O2和O2·-含量降低、抗氧化酶POD、SOD和CAT活性降低)及光合作用抑制(Fm、Fv/FmYⅡ含量下降)均有所减缓。此外,与灭活菌对照相比,接种上述两种菌后拟南芥地上部Cd含量降低了 748%。上述结果表明,枯草芽孢杆菌和巴西固氮螺菌的应用可减缓Cd诱导的氧化损伤和光合作用抑制,促进拟南芥的生长并降低Cd含量。(2)与灭活菌对照相比,将枯草芽孢杆菌和巴西固氮螺菌接种于受Cd胁迫的ABA敏感型突变体拟南芥abi1/hab1/abi2和abi1/hab1/pp2Ca后,可出现以下有益效果:地上部鲜重增加27-61%;地上部的MDA、H202和O2·-水平显着降低;光合系统Ⅱ(PSⅡ)活性显著增加;Cd含量降低35-49%。相反地,上述各个指标于同样处理下的ABA不敏感型突变体snrk2.2/2 3中均未明显改变。该结果说明,枯草芽孢杆菌和巴西固氮螺菌在缓解Cd胁迫过程中起到的重要作用由ABA介导。此外,与无菌对照相比,将枯草芽孢杆菌、巴西固氮螺菌接种于受Cd胁迫的wt拟南芥后根部IRT1、ZIP4、Nramp1和Nramp4的基因表达分别下调93%、45%、27%和20%及78%、54%、19%和12%。该结果表明,产ABA菌可能会影响上述植物中的Cd吸收途径。值得注意的是:接种产ABA菌可缓解野生型拟南芥Cd胁迫的现象在IRT1突变体irt1-1和irt1-2中并没有观察到;在3 mg kg-1 Cd污染土壤中接种产ABA菌可降低wt野生型拟南芥地上部Cd含量达33-39%,但在突变体irt1-1和irt1-2地上部Cd含量下降仅有9-13%。上述结果说明IRT1在产ABA菌缓解Cd胁迫和降低植物Cd含量的过程中起到重要作用。综上,枯草芽孢杆菌和巴西固固氮螺菌是通过IRT1-ABA介导的抑制Cd吸收的机制来提高植物产量并降低Cd水平。(3)与无菌对照相比,接种枯草芽孢杆菌和巴西固氮螺菌使Cd胁迫小白菜生物量分别增加了 28-281%和26-255%,Cd含量降低了40-79%和43-77%。同时,接菌处理也减轻了Cd诱导的光合作用抑制(SPAD、NPQ、Fv/Fm、YⅡ、qP和ETR增加)和氧化损伤(MDA、H2O2和O2·-含量降低)。此外,枯草芽孢杆菌和巴西固氮螺菌的应用也显着提高了Cd处理植物的抗氧化品质(总酚、黄酮、抗坏血酸和DPPH清除活性)和营养品质(可溶性糖和可溶性蛋白质)。基于这些结果,我们认为Cd胁迫下枯草芽孢杆菌和巴西固氮螺菌的应用是改善小白菜生物量的生产和品质的一个有效的方法。