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随着人口的快速增长,工业的进步和技术的创新,重金属污染在全球日益严重。通过土壤-作物-食物链,重金属会对土壤、植物和人类健康造成危害。重金属通常影响植物的生长和形态,破坏土壤生化反应和微生物代谢,改变土壤酶活性。尽管土壤酶活性对评估土壤重金属污染、土壤肥力至关重要,但是,当前的研究大多采用传统土壤酶测定技术,导致测定结果不能准确反映土壤酶活性及其分布在环境中的真实情况,限制了对重金属污染土壤中酶活性空间分布的研究。本研究通过盆栽实验,利用原位酶谱技术分析了重金属胁迫下酶活性空间分布特征,探讨了土壤-植物酶活性体系对重金属胁迫的响应机制,揭示了根瘤菌-苜蓿共生体系对铜胁迫的缓解机制。主要的研究结果如下:1、重金属胁迫下,紫花苜蓿的生长受到显著抑制,苜蓿生物量、叶片叶绿素含量明显下降,Pb,Zn和Cd在苜蓿地下部过量积累,但转移系数小于1.0,说明种植苜蓿有助于金属稳定化。极度污染处理下,苜蓿地下部丙二醛（MDA）含量上升34.7%,受到严重氧化胁迫。苜蓿中过氧化氢酶（CAT）活性随着重金属含量的增加而降低。在中度和极度污染处理中,土壤β-葡糖苷酶活性分别比无污染处理提高了34.4%和33.9%。此外,相关性分析表明土壤中过氧化氢酶和蔗糖酶与Pb、Zn、Cd和Cu浓度呈现极显著正相关。2、酶活性的空间分布表明,磷酸酶和β-葡萄糖苷酶活性分布都与根系紧密相关,在土壤表面分布较低。酶活性总热点面积在极度污染土壤中最高。在无污染、中度污染和极度污染处理中,磷酸酶热点面积占根土表面总面积的比例分别为3.4%、1.5%和7.1%,β-葡萄糖苷酶的热点面积比例从0.1%上升到0.9%。与传统的酶活性测定方法相比,酶谱法能够直接、准确地反映重金属污染土壤中酶活性的分布和大小程度。3、根瘤菌-苜蓿共生体系能促进苜蓿生长,提高苜蓿生物量与叶绿素含量,增加氮磷含量,并且促进苜蓿对铜的吸收,显著降低铜转移能力,有助于金属稳定化。在接种根瘤菌处理中,苜蓿地上部、地下部分生物量分别比未接菌处理高9.5%35.2%和2.6%33.3%;地下部全氮含量增加了5.7%9.2%。土壤铜浓度为600和800mg·kg-1时,接种处理后的苜蓿地下部全磷含量比对照处理分别增加了6.3%和7.4%。接种处理地下部铜含量与吸收量显著增加,金属提取效率增强。4、随着铜胁迫程度的增加,苜蓿地上部、地下部丙二醛（MDA）含量逐渐增加,接种根瘤菌可显著抑制MDA的产生,缓解植物氧化胁迫。在800 mg·kg-1铜胁迫下,接种根瘤菌使植物地上部和地下部MDA含量分别降低了17.8%和24.6%。此外,根瘤菌-苜蓿共生体系能够刺激植物抗氧化酶系统,提高超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化酶（APX）的活性,缓解植物受到的胁迫。5、与对照处理相比,接种处理土壤碱性磷酸酶和β-葡萄糖苷酶显著增加。且在铜浓度为0与800 mg·kg-1时,根瘤菌接种显著增加了根际碱性磷酸酶活性,比对照处理分别提高了13.6%和38.3%。酶活性的空间分布表明,在接种与非接种处理中,磷酸酶活性的分布均沿着根系且在根尖最高。此外,接种根瘤菌还能提高0和800 mg·kg-1铜胁迫下的磷酸酶总热点面积,分别比非接种处理提高了26.1%和39.3%。本文首次研究了苜蓿根际酶促热点的空间分布格局,阐明了磷酸酶分布对接种根瘤菌的响应。