伴随全球经济飞速发展,人类生存环境污染不断加重,威胁到人类的健康,重金属污染是人类面对的主要污染问题之一。植物修复具有经济、环保等优点,但是修复效率较低,周期太长。因此,目前无法进行大规模的应用。所以人工干预以提升修复效果显得极为重要。已有研究表明,氮素能缓解重金属对植株的毒害。因此,在进行重金属污染土壤的植物修复时,合理施用氮肥能提高修复效率。但是氮素在植物对镉的解毒过程中是怎样起作用的?为探讨这个问题,本研究以白三叶草为材料,采用盆栽试验,开展了以下研究内容:(1)共设置6个不同浓度镉处理:0 mg/kg、12.5 mg/kg、25 mg/kg、50 mg/kg、75 mg/kg、100 mg/kg,研究重金属镉对白三叶草生长、生物量以及叶绿素含量的影响,并筛选造成植株受到毒害的镉浓度(75 mg/kg);(2)共设置8个镉胁迫下不同浓度氮处理:0mg/kg、1mg/kg、2mg/kg、4mg/kg、8mg/kg、12mg/kg、18mg/kg、24mg/kg,以及1组空白对照(不进行镉和氮处理),研究镉胁迫下施加氮对白三叶草生长的影响,并筛选能缓解植株镉毒害的氮素浓度(18mg/kg);(3)共设置四个处理:0mg/kg Cd+0mg/kg N、75mg/kg Cd+0mg/kg N、0mg/kg Cd+18 mg/kg N以及75mg/kg Cd+18 mg/kg N,研究了Cd胁迫下增施氮肥对植株光合荧光特性、抗氧化酶的活性、Cd含量、GSH和PCs含量的影响。试验结果如下:(1)低浓度Cd(≤50mg/kg)处理不会对白三叶草的叶片形态造成显著影响,并且能一定程度上促进植株生长,其生长量和叶绿素含量均随着镉处理浓度的提高而增加;当Cd处理浓度为75mg/kg时,植株生长受到影响,其生长量、生物量以及叶绿素含量降低至空白对照水平,甚至低于对照,说明此时镉对植株造成了重金属胁迫;而100mg/kg浓度的镉处理使得植株生长受到严重影响,植株叶片严重褪绿,主根长显著低于空白对照,其余指标与对照相比均降低,差异极显著。说明低浓度(≤50mg/kg)镉处理能促进白三叶草的生长发育,而当镉处理浓度达到75mg/kg时,植株受到镉胁迫,植株正常生长受到阻碍。因此,本人选取75mg/kg的镉处理浓度进行下一步的试验,研究75mg/kg浓度镉胁迫下,不同浓度外源氮对白三叶草生长的影响。(2)在镉胁迫(75mg/kg镉处理)下,施加一定浓度(0-24mg/kg)外源氮能够缓解白三叶草受到的生长抑制。植株生长量、生物量以及叶绿素含量均随着氮处理浓度的增加而提高。低浓度(≤12mg/kg)氮处理后,植株叶片的镉毒害症状仍然明显,叶片严重褪绿或者有大量白色斑点,植株生长无法恢复到正常生长(CK)水平。当氮施加浓度为18 mg/kg和24 mg/kg时,植株生长基本恢复正常,其生长量、生物量以及叶绿素含量与对照(CK)相比无显著差异,甚至优于空白对照组。结合生产实践的应用,本次试验选取相对较低用量(18 mg/kg)的有效氮素浓度,用于下一步的试验,研究镉胁迫下施加氮对白三叶草生长生理的影响及其在植物缓解镉毒害时发挥的作用。(3)单独镉处理(75mg/kg)显著降低白三叶草的抗氧化酶(POD、SOD和CAT)的活性,与对照相比分别降低了31.71%、32.91%和41.59%。此外,镉胁迫抑制了其光合荧光生理,影响光系统Ⅱ反应中心活性,使光合同化力下降,对其正常生长造成影响。单独氮处理能促进植株生长发育,但是合成的谷胱甘肽(GSH)植物络合素(PCs)含量与空白对照相比,无显著差异。而镉胁迫下施加氮能够缓解重金属镉对植株生长生理的抑制作用,促进植株有效利用光能,提高植株对镉的吸收能力,促进植株对谷胱甘肽的合成,提高植物络合素含量。说明氮素在白三叶草的重金属Cd解毒过程中发挥了重要作用,充足的氮供给不仅能够保证植株正常生长,消除重金属镉造成的氧化胁迫,而且能够合成螯合物质对重金属镉进行螯合,降低自由态镉浓度,从而减少重金属镉对植物的毒害作用。