重金属是土壤环境中一类具有潜在危害的污染物，它们在土壤中一般不易随水淋溶，不能被土壤微生物分解，相反地，具有明显的生物富集作用，常在土壤环境中积累，甚至某些重金属元素在土壤中还可以转化为毒性更大的甲基化合物。因此，受到重金属污染的土壤对植物生长发育会产生重要影响，严重时会威胁到农、牧业等生产安全。由于部分草坪草能够在被重金属污染的土壤中正常生长，通过对草坪草进行反复刈割和修剪，可以逐步减少土壤中重金属含量，达到植物修复的目的。本研究着重探讨重金属胁迫对草坪草的生理毒害和草坪草的胁迫响应机制，为发挥草坪草在未来重金属污染地区植被恢复中的作用，以及为将来培育草坪草抗性品种提供理论依据。本试验以4个草坪草种：草地早熟禾(Poa pratensis)百斯特(Barrister)，多年生黑麦草(Lolium perenne)首相(Premier)，高羊茅(Festuca elata)锐步(Barrera)和白三叶(Trrifoliumrepens)海发(Haifa)为研究材料，较系统的研究了重金属Cd、Cu、Pb、Zn对4种草坪草种子萌发、幼苗生理特性、地上部分与根系、光合生理、细胞膜透性、抗氧化酶活性、草坪草对重金属离子积累和分布以及草坪草叶片细胞超微结构的影响，探讨了对重金属具有较强富集能力的草坪草种类，结果表明：1.重金属胁迫对草坪草种子萌发的影响重金属胁迫对4种草坪草种子萌发有不同程度影响。其中草地早熟禾种子抗Cu2+胁迫能力最差，多年生黑麦草和高羊茅种子对Cu2+有一定抗性，白三叶则对Cu2+的抗性处于中间水平；在Zn2+胁迫下，高羊茅和多年生黑麦草均表现出较强抗胁迫能力，其中Zn2+浓度为1100mg/kg时对高羊茅种子萌发起到促进作用；Pb2+对4种草坪草种子萌发影响显著，并且对白三叶和草地早熟禾的影响要高于高羊茅和多年生黑麦草；Cd2+对多年生黑麦草、高羊茅和白三叶种子萌发的影响表现出低浓度时影响大，高浓度时影响小，对草地早熟禾的影响则表现出低浓度促进发芽的作用。从胚根和胚芽的生长来看，Cd2+胁迫对草坪草胚根和胚芽的生长均表现出“低促高抑”作用；重金属胁迫对4种草种胚根的抑制作用要高于对胚芽的抑制。草坪草发芽指数和活力指数均低于对照，并随着重金属离子浓度的升高而逐渐降低，其中发芽指数下降幅度较小，活力指数下降幅度较大。2.重金属胁迫对草坪草生长发育的影响除部分离子低浓度处理外，高羊茅总根长、根表面积、总分叉数和总根尖数均显著低于对照，并且随着离子浓度的升高而逐渐降低；多年生黑麦草、草地早熟禾和白三叶根系则表现出对低浓度重金属胁迫抗性较强，对高浓度重金属胁迫抗性较差，并且也有随浓度的升高而不断降低的趋势。重金属胁迫对不同草坪草地上生物量的影响不同。Cu2+和Zn2+低浓度胁迫对4种草坪草地上生物量积累有促进作用，但在高浓度处理下又表现出抑制作用；低浓度Cd2+对多年生黑麦草、白三叶和草地早熟禾产生一定刺激作用，促进了地上生物量的积累，但随着离子浓度的升高，其地上生物量显著下降；而Pb2+胁迫下草坪草地上生物量均显著低于对照。低浓度Cd2+胁迫对多年生黑麦草株高有促进作用，对高羊茅、白三叶和草地早熟禾株高影响不大，但是随着Cd2+浓度的升高，4种草坪草株高均呈现下降趋势；低浓度Cu2+和Zn2+胁迫对多年生黑麦草、高羊茅和白三叶株高有促进作用，但随着离子浓度的升高其株高显著下降，在这两种离子处理下草地早熟禾株高均显著低于对照，且有随着离子浓度的升高而逐渐降低的趋势；Pb2+胁迫下，4种草坪草株高均显著低于对照。3.重金属胁迫对草坪草光合生理特性的影响Cd2+和Zn2+低浓度处理对多年生黑麦草叶绿素含量影响较小，但高浓度处理下显著降低了其叶绿素含量(P<0.05)；Cu2+和Pb2+各浓度处理均显著降低多年生黑麦草叶绿素含量；高羊茅则表现出对Cd2+低浓度胁迫有较强抗性，而对其他离子胁迫抗性均较差；Cu2+和Zn2+胁迫对白三叶和草地早熟禾表现出“低促高抑”现象，但这两种草对Pb2+抗性均较差。在光合生理特性方面，重金属胁迫对草坪草PSⅡ最大量子产量（Fv/Fm）的影响上表现出低浓度时影响较小，甚至部分离子对部分草种还有促进作用，但随着离子浓度的升高，逐渐表现出较强抑制作用，并且离子浓度越高，抑制作用越强。在重金属胁迫下，4种草坪草光化学淬灭系数（qP）和电子传递效率ETR均低于对照，说明其光合活性和电子传递效率均受到影响；在处理中，非光化学淬灭系数（qN）并没有一致的变化规律。4.重金属胁迫对草坪草抗逆生理特性的影响重金属胁迫对4种草坪草都产生了一定程度的胁迫。具体表现在，Cd2+和Pb2+胁迫下4种草坪草脯氨酸含量显著升高，且随着离子浓度的升高脯氨酸含量升高的幅度逐渐加大；Cu2+和Zn2+胁迫对4种草坪草脯氨酸含量的影响表现出“低促高抑”现象；同时当Pb2+和Cu2+达到最大浓度时，4种草坪草脯氨酸含量又有所下降。Cd2+和Pb2+胁迫对4种草坪草细胞膜影响均较大；Cu2+低浓度胁迫下，草坪草MDA含量与对照差异不显著，随着离子浓度的升高，损伤逐渐加大，草坪草MDA含量也逐渐增加，但当离子浓度达到一定水平，MDA含量反而有所下降；Zn2+对多年生黑麦草和高羊茅细胞膜结构的破坏要高于白三叶和草地早熟禾。重金属胁迫对草地早熟禾抗氧化酶活性影响较大；Cd2+、Cu2+和Zn2+胁迫对多年生黑麦草、高羊茅和白三叶抗氧化酶活性表现出低浓度时影响较小，高浓度时影响较大；Pb2+对4种草坪草抗氧化酶活性均有较大影响；同时草坪草抗氧化酶活性随着离子浓度的升高而逐渐降低；在Cu2+和Pb2+最高浓度胁迫下，4种草坪草抗氧化酶活性均有不同程度的下降。5.草坪草对重金属离子的吸收和分配白三叶对4种重金属离子的积累量均较高，草地早熟禾对4种重金属离子的积累量均较低；多年生黑麦草和高羊茅处在中间水平；4种草坪草根系中重金属离子含量要显著高于地上部分，吸收重金属的主要器官还是根系。高羊茅对Cd2+、Cu2+和Pb2+有较高的转运能力，白三叶对4种重金属离子都有较强的转运能力，多年生黑麦草对Cu2+和Zn2+具有较高的转运能力，而对Cd2+和Pb2+转运能力较差，草地早熟禾对Cd2+转运能力较强，对其他3种重金属离子转运能力均较差。6.重金属胁迫对草坪草细胞超微结构的影响在重金属离子高浓度胁迫下，4种草坪草叶片超微结构受损伤比较严重，主要表现在细胞壁发生严重质壁分离，叶绿体形状发生变化，叶绿体内基粒片层结构遭到破坏，发生部分溶解，甚至基本看不到基粒形态。