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镉是一种有毒的重金属,已经成为最主要的环境污染物之一。高等植物中很容易积累镉,镉积累严重抑制了植物的光合作用、呼吸作用等。随后,植物表现出明显的镉毒害症状,包括植物生长抑制、枯黄、坏死或程序性细胞死亡。氢气是一种无色、无臭、无味的二原子气体分子。最近的研究结果显示,氢气(H2)是生物体内一种新发现的调控分子,对动物细胞有抗氧化、抗炎等的保护作用。也有研究表明,氢气能够诱导植物对一些非生物胁迫的耐性,包括盐和百草枯胁迫。然而,氢气在镉诱导胁迫中的作用还不清楚。为了阐述氢气在镉毒害中的作用,本文用富氢水(HRW)预处理探讨了氢气在缓解苜蓿镉毒害中的生理作用和分子机制。研究结果表明：1.HRW预处理对苜蓿镉毒害的影响存在剂量依赖性,其中,10%HRW预处理效应最大。实验表明,同单独镉胁迫相比,用不同浓度的HRW(1,10,50和100%)预处理能够提高根鲜重,提高的百分率分别为4.4%,20.1%,16.8%和11.1%。进一步的实验表明,同单独镉处理相比,HRW预处理能够降低硫代巴比妥酸反应物(TBARS)含量,同样存在剂量依赖性效应。2.10%HRW预处理能够抑制镉毒害症状的出现,包括根伸长和幼苗生长的改善,进一步的研究结果表明,这些反应与典型抗氧化酶显著升高或其同工酶活性显著增强及其相关基因转录有关,同镉单独处理相比,10%HRW预处理超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性分别提高了60.2%和25.1%,其相应同工酶活性增强,同时阻止了抗氧化基因在转录水平上的下降,这与接下来检测到的还原型谷胱甘肽与氧化型谷胱甘肽比率显著提高一致。3.组织化学染色结果表明,同对照组相比,镉处理下苜蓿根中积累了过多的活性氧(ROS),而10%HRW预处理能够缓解根细胞中镉诱导的氧胁迫的发生。4.10%HRW预处理能够导致植物积累较少量的镉。同镉单独处理相比,HRW预处理后根组织中镉含量分别降低29.4%和22.9%。总之,本研究结果表明,植物中氢气主要通过重建氧化还原平衡降低了镉吸收、抑制了ROS产生以及缓解了镉诱导的氧胁迫,因此,使用HRW可能是一种有效降低镉毒害的方法并能应用在农业生产中。