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农田重金属污染已威胁农业可持续发展及人类身体健康。农田重金属污染土壤的修复问题已受人们高度关注。本研究选择4个不同生态型的紫苏资源,设置0.0、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0mg·L-1 6个镉处理浓度,分析不同生态型紫苏种子的镉耐性;通过营养液加镉法,设置0.0、2.0、5.0、10.0 mg·L-1 4个镉处理浓度,培养紫苏幼苗,考察了紫苏镉富集作用的生理生化特性,分析解毒作用相关的细胞色素P450还原酶、花青素基因表达特征;应用紫苏进行镉污染稻田土壤修复,初步评价了紫苏-水稻轮作对土壤重金属污染的修复效果。主要结果如下:(1)在浓度为0.0、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 mg.L-1的镉处理下,低于10.0 mg.L-1的福处理对赤苏、紫苏A种子的发芽势和发芽率没有显著的促进或抑制作用;10.0 mg.L-1的镉处理显著抑制了紫苏B的作用发芽势和发芽。镉胁迫处理总体上抑制了不同生态型紫苏种子胚根、胚芽的生长。(2)在2.0 mg·L-1、5.0 mg.L-1、10.0 mg.L-1三个镉浓度水培条件下,不同生态型紫苏植株生物量、株高、根长、净光合速率均随镉处理浓度升高而下降。在各处理浓度下,不同生态型紫苏的单株生物量均以紫苏A最高,为0.10～0.51g。镉含量在348.1 mg·kg-1～1 41 6.7mg·kg-1之间,镉富集量141.7-454.0μg/株之间,镉富集系数141.7～265.5、迁移系数0.04-0.10。综合参考以上因素,选择紫苏A为后续试验材料。(3)在设定的田间栽培条件下,不同栽培密度、施肥方式对紫苏A生物量的影响不显著。201 1年单位面积产量0.79kg/m2,紫苏A的单株镉富集量在37.77-72.91μg,理论单位平方米中紫苏可富集的重金属镉为1078.80～1110.75μg。镉富集系数在0.42-0.75,迁移系数在0.49-1.14,各处理间存在显著差异。综合考虑单位面积产最及镉富集量,确定紫苏A的田间栽培方案为:种植株行距20cm×20cm,施肥方式为有机肥+45%复合肥。并参照此方案进行紫苏-水稻轮作修复稻田重金属污染试验。(4)经紫苏-水稻轮作3年后,土壤重金属镉含量由4.72 mg·kg-1下降到0.28 mg·kg-1,显著降低了土壤中的重金属含量。经过紫苏-水稻轮作后土壤酸性磷酸单酯酶、过氧化氢酶活性提高,土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化物酶、土壤多酚氧化活性降低。稻米的镉含量从1.46 mg.kg-1(第1年)下降至0.77 mg·kg-1(第3年),单株水稻的镉富集量由112.96μg下降至11.13μg,有效降低了水稻对镉的吸收。(5)荧光定量PCR分析表明,紫苏叶片中与解毒作用相关的细胞色素P450还原酶基因及花青色素基因在镉处理3d后上调表达,在高浓度(10.0mg·L-1)镉长时间处理后表达下调;在镉处理3d后,紫苏根系中细胞色素P450还原酶基因上调表达,而花青色素基因下调表达,随着处理时间增加,高浓度(10.0mg·L-1)处理的细胞色素P450还原酶基因发生下调表达,而花青色素基因发生上调表达。