随着现代工业的发展,重金属污染正在给人类生活带来越来越大的影响。土壤重金属污染严重干扰植物生长,甚至造成植被退化。更危险的是在食物链的富集作用下,这些进入植物的重金属会被以它为食的动物、微生物摄取,并最终传递到人类体内,这对人类的身体健康是一个重大的隐患。中华水韭(Isoetes sinensis Palmer)是一种古老石松类植物,也是在我国最早发现的水韭属(Isoetes L.)植物。因其起源古老和进化特殊,在系统演化上具有很高的研究价值。但是由于其自身生存特性以及人类活动的影响,中华水韭目前处于极度濒危的状态,被列为国家一级濒危植物。前期研究发现中华水韭对铅有很强的耐受性和较高的吸收能力,为进一步探究其他重金属胁迫对中华水韭的影响,本试验选择环境污染中较严重的镉、汞、铬三种重金属盐CdCl2、HgCl2和K2Cr2O7对中华水韭进行胁迫处理,浓度参照《中华人民共和国国家标准土壤环境质量标准》(GB15618-1995)中三级污染进行设定。测定被处理植物各个部分的三种重金属含量、叶片抗氧化酶活性以及7条差异表达基因片段的表达量,为研究中华水韭的濒危机制和耐重金属机理奠定基础。试验结果发现:1)重金属Cd、Hg和Cr可以通过中华水韭的根系及叶片进入体内,根部进入的重金属可以向上运输至叶片和块茎。2)中华水韭的叶片对重金属Cd、Hg和Cr都有很强的吸收作用。在1mg/L的CdCl2溶液中和1.5mg/L的HgCl2溶液中培养10天之后,直接接触污染液的叶片Cd含量和Hg含量分别达到255.20mg/kg(干重)和120.12mg/kg(干重),而在400mg/L的Cr溶液中处理的中华水韭,叶片中Cr的含量高达22155.89mg/kg(干重),这个含量比相同处理中根部的Cr含量还要略高一些。Cd和Hg胁迫植株的生长状态没有明显的变化,但Cr胁迫下的中华水韭的生长却受到了比较严重的抑制。3)中华水韭三种抗氧化酶活性在Cd和Hg胁迫下都有上升,这对提高中华水韭对重金属的抗性有重要作用。但在Cr胁迫下的植株抗氧化酶整体呈现下降趋势,分析其原因是Cr处理浓度高出中华水韭抗氧化酶体系的承受阈值所致。4)对前期分离得到的7个中华水韭重金属胁迫差异表达基因片段进行表达分析,其中有TDF9、TDF10、TDF11和TDF12在正常情况下表达量非常微弱,但伴随重金属胁迫的进行,目的基因的表达开始逐步增强,在胁迫至72h表达又开始下降。TDF1、TDF2和TDF3在胁迫前有较强表达,胁迫开始后表达迅速下调,后又逐渐上升。上述7个差异表达基因的表达受到重金属胁迫的影响,该结果为进一步研究中华水韭受重金属胁迫的分子机理提供研究基础。