【摘 要】
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玉米作为我国重要的粮食作物,确保其稳产增产的同时保障粮食及农副产品的安全供给是国家安全的基础。镉（Cadmium,Cd）是世界上毒性较强的重金属元素,由于工业废水、废气等的排放以及肥料的不合理施用,使得大量Cd被释放到土壤中,导致玉米产区Cd污染日益加重,严重制约了玉米产业的可持续发展。幼苗期是玉米对环境胁迫最为敏感的时期,植株后期的生长发育状况和最终产量的提高都直接受益于幼苗期的良好基础,因此,
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玉米作为我国重要的粮食作物,确保其稳产增产的同时保障粮食及农副产品的安全供给是国家安全的基础。镉（Cadmium,Cd）是世界上毒性较强的重金属元素,由于工业废水、废气等的排放以及肥料的不合理施用,使得大量Cd被释放到土壤中,导致玉米产区Cd污染日益加重,严重制约了玉米产业的可持续发展。幼苗期是玉米对环境胁迫最为敏感的时期,植株后期的生长发育状况和最终产量的提高都直接受益于幼苗期的良好基础,因此,提高玉米幼苗期的抗Cd能力尤为重要。很多外源物质都能够提高植物的抗逆性,海藻糖作为渗透调节物质和信号分子,在植物逆境应答和防御过程中发挥重要作用。本试验采用水培法,以玉米品种B73为材料,探讨外源海藻糖对Cd胁迫下玉米幼苗生长形态、干物质积累、光合性状、抗氧化能力、渗透调节系统、Cd积累量、根系细胞壁组分以及内源海藻糖含量的影响,同时结合转录组数据筛选参与其调控的相关基因,全面深入地探讨海藻糖对Cd胁迫下玉米幼苗生长发育的影响机制,为海藻糖在玉米抗Cd毒害中应用提供理论基础。研究结论如下:（1）Cd胁迫下外源海藻糖处理使玉米幼苗叶片中叶绿素含量和Fv/Fm显著升高,分别升高了32.76%和9.65%,提高光合色素含量的同时降低Cd对光合系统的损伤,增强植株光合能力,并且缓解Cd对玉米幼苗形态产生的毒害症状,有利于幼苗的形态建成和干物质积累。（2）Cd胁迫下外源海藻糖能提高玉米幼苗叶片中SOD、CAT活性和As A含量,增强抗氧化能力,降低ROS含量,保护膜系统;同时,外源海藻糖能提高玉米叶片中的可溶性蛋白和可溶性糖含量、降低脯氨酸含量,维持Cd胁迫下植物体内的渗透平衡。（3）海藻糖处理下,玉米幼苗叶片中海藻糖含量升高,且能通过调节海藻糖酶活性,降解过量海藻糖,维持体内的海藻糖平衡。外源海藻糖能诱导根系细胞壁纤维素含量升高,降低Cd转运系数,同时降低玉米根系和地上部的Cd积累量,分别降低了33.25%和18.92%。（4）转录组结果显示,Cd胁迫下外源海藻糖诱导叶片中编码氧化还原酶、热激蛋白、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、WRKY转录因子、糖基转移酶和主要促进因子超家族蛋白的基因表达上调,使HMA家族成员基因表达下调,通过调节以上基因提高玉米幼苗的抗Cd能力。综上,Cd胁迫下外源海藻糖能降低根系Cd含量,促进根系细胞壁纤维素合成,抑制HMA家族成员基因的表达,降低Cd转运系数,抑制Cd向地上部分的转运,减少地上部Cd积累量,提高幼苗避Cd能力。同时,海藻糖使Cd胁迫下氧化还原酶基因表达水平升高,抗氧化酶活性提高,增强ROS清除系统的防御能力,恢复Cd导致的氧化失衡;可溶性蛋白和可溶性糖含量的增加也维持了体内的渗透平衡,保护生物膜系统的稳定性,提高植株耐Cd能力。转录组分析还发现,海藻糖增强Cd胁迫下碳水化合物代谢、转运和防御相关基因的表达,促进光合产物的分配与利用,应激物质积累则启动体内的防御机制。所以,外源海藻糖通过多种途径和机制提高了玉米幼苗的抗Cd能力,维持叶绿素含量稳定,减轻Cd对PSII复合体造成的损伤,使生物量累积,促进植物生长发育,减轻Cd对植株造成的毒害作用。
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