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柠檬酸是三羧酸(TCA)循环的重要中间产物,具有提高植物镉耐性的作用。为探讨外源施加柠檬酸对披碱草(Elymus dahuricus)耐镉胁迫的影响,本试验采用盆栽方式,通过研究Cd(50mg/kg)胁迫和CA(citricacid,4mmol/L)组合处理下披碱草叶部和根部生长、镉积累、抗氧化系统以及代谢途径的变化,探讨外源柠檬酸对Cd胁迫下披碱草抗氧化途径与代谢途径的调控作用。主要结果如下:1)单独CA处理对披碱草的生长无明显影响;Cd胁迫严重影响披碱草生长(生物量和叶绿素含量显著下降、细胞膜透性、丙二醛含量和过氧化氢含量均显著升高)。相对于Cd处理组,Cd+CA处理组,披碱草叶部和根部生物量、叶绿素含量均显著升高,细胞膜透性在叶部和根部显著下降,MDA和H202含量在根部显著下降;叶部Cd含量无明显变化,根部Cd含量显著升高。披碱草叶和根Cd积累量的变化趋势和含量变化趋势相同。2)与CK相比,CA处理,披碱草叶和根部抗氧化酶和抗氧化剂含量均无显著差异。Cd处理,SOD、CAT、POD、APX、MR和GR酶活性均显著升高,DR活性显著下降。相对于Cd处理组,Cd+CA处理组,披碱草叶和根POD、SOD、APX、MR活性显著升高,根部CAT和DR酶活性显著升高,叶部GR酶活性显著升高。3)通过GC-MS技术对Cd胁迫下外源CA处理条件披碱草叶和根部进行代谢组学分析共检测到225种差异代谢物,利用KEGG分类结合KEGG富集分析找到两个对比组均富集的代谢通路,叶部和根部注释的代谢通路分别有18条和21条,包括能量代谢、氨基酸代谢和嘌呤嘧啶代谢,以氨基酸代谢为主。4)能量代谢相关的差异代谢物在披碱草叶部和根部分别鉴定到12和18种代谢物,镉胁迫造成TCA循环的异常,叶部(延胡索酸和苹果酸)显著升高,在根部(柠檬酸,苹果酸和α-酮戊二酸)显著下降;Cd+CA vs Cd对比组糖和糖醇相对含量显著升高,与TCA循环相关物质在叶部和根部相对含量均有明显变化,只是变化趋势不同。5)氨基酸代谢相关的差异代谢物在披碱草叶部和根部分别鉴定到15种和24种,Cd胁迫下,外源施加CA抗性物质含量在叶部(腐胺)和根部(谷胱甘肽,半胱氨酸)显著升高,并且可以缓解Cd胁迫诱导的几种氨基酸(丝氨酸,甘氨酸,天冬氨酸,谷氨酸等)代谢异常。6)在披碱草叶中鉴定到和嘧啶代谢相关的差异代谢物4种,根部鉴定到和嘌呤嘧啶代谢相关差异代谢物10种。Cd胁迫下,外源施加CA处理披碱草叶部和根部尿苷含量上调,胸苷在叶中含量下调,在根中含量上调。综上所述,Cd胁迫严重影响披碱草的生长,不仅会诱导披碱草叶和根部活性氧的产生,也会导致膜质过氧化,植物自身防御系统发挥作用(抗氧化防御系统被激活);植物代谢途径能量代谢,氨基酸代谢和嘌呤嘧啶代谢异常,其中大部分氨基酸含量增加。外源CA的施加不仅能有效缓解Cd胁迫对披碱草生长的抑制,减少活性氧的含量,使抗氧化防御系统发挥更大的作用,还能促进根部Cd含量的增加;代谢组学研究表明外源CA增加糖和糖醇的含量,促进氨基酸的合成代谢,且增加抗性物质的含量。该研究结果揭示,外源施加CA明显增强了披碱草的耐镉性,其中莽草酸途径在叶和根部均发挥较大作用。