菊芋(Helianthus tuberosus L.)作为一种兼具生态价值与经济价值的新兴作物,有较大的生物量和较强的抗逆性,迄今为止已在我国多个地区产业化种植。但目前,我国土壤镉(Cd)污染日趋恶化,严重的影响了菊芋体内的抗氧化酶活性,光合作用和渗透作用,破坏了细胞膜质结构,阻碍了菊芋的生长发育和种植推广。因而,本研究选取作为植物胁迫相关激素茉莉酸(JA),作为菊芋Cd胁迫下的一种缓解途径,分别开展了耐Cd菊芋的筛选和Cd对菊芋的毒害及外源JA作用两部分实验。首先对10个不同产地的菊芋进行同期同浓度处理30天后,采用平均隶属函数分析和聚类分析,筛选得到Cd耐性和累积能力差异显著的榆林菊芋和成都菊芋为实验材料。在土培条件下,选取25μmol/L的外源JA对2种不同耐性菊芋在75、150、300 mg/kg Cd浓度下的抗氧化能力、渗透调节、光合作用以及Cd富集和转运等方面进行了研究,从植物生理学的角度探索外源JA对Cd胁迫下的调控机制。研究结果如下:1.Cd胁迫对10个不同产地的菊芋的出苗率、株高、根长、叶面积、蒸腾速率(Tr)、净光合速率(Pn)、以及气孔导度(Gs)的影响各不相同,并且各菊芋体内累积的Cd含量也存在差异。将这8个指标进行平均隶属函数分析所得出耐镉性综合评价值(D)均小于1,表明它们能够作为评价菊芋Cd胁迫程度的指标,继而进行聚类分析,可将供试10份菊芋种质的耐镉性分为三大类。第1类材料:榆林和重庆菊芋为耐镉型;第2类材料:宜春、资阳、潍坊和开封菊芋为较耐镉型;第3类材料:徐州菊芋、保定菊芋、咸宁和成都菊芋为镉敏感型。结合各指标测量结果的优势种和劣势种进行筛选,选取耐镉型菊芋“榆林菊芋”和镉敏感“成都菊芋”用于下一步的对比试验。2.在Cd胁迫下,SOD、POD活性以及AsA和GSH含量均随着Cd浓度增加呈现出先上升后下降的变化趋势,在300 mg/kg Cd浓度处理21天时,均急剧降落至谷值。单外源JA处理下可以提高2种不同耐性菊芋整体的抗氧化指标,而外源JA+Cd处理后,各实验组的SOD、POD活性以及AsA含量均显著上升,并且成都变化幅度会大于榆林。外源JA+Cd处理下GSH含量无明显变化,其说明外源JA能够有效的调节菊芋体内的抗氧化酶活性,促进AsA-GSH的相互转化速率,同时参与Cd胁迫下GSH的生成和转化,来清除体内由Cd胁迫所产生ROS,进一步提高菊芋的耐性。3.在Cd胁迫下,随着胁迫程度的加深,MDA持续增加,可溶性蛋白呈现先增后减,而脯氨酸和可溶性糖持续下降趋势。单外源JA处理下,2种不同耐性菊芋的脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的含量都有所上升。在外源JA处理后,脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白均显著增加,MDA含量也出现明显减少。但脯氨酸与可溶性糖含量随着JA处理时间的延长呈现相反趋势。4.随着Cd浓度的增加,菊芋叶片面积,株高,SPAD值,Fv/Fm,ETR下降,F0和qN增加,qP和ETR出现先增加后减少的趋势,而加入外源JA后,除qP的变化不显著之外,其余指标均恢复到对照组水平。通过Cd胁迫下,菊芋的Pn随Cd浓度增加显著下降,Gs在300mg/kg Cd浓度才出现明显降低,而Tr和Ci却并无显著变化,表示Cd胁迫对菊芋叶片的气体交互为非气孔限制。当JA与Cd同时处理下,Pn与Gs恢复到对照组水平,但Ci也有所提高却未达到显著水平,表明外源JA可以通过调控气体交换参与和叶绿素荧光参数来维持菊芋内部光合作用的正常进行,以保证植株的正常生长。5.随着Cd浓度的增加,2种不同耐性菊芋根茎叶内Cd含量均显著上升,但榆林菊芋的富集系数和转移系数出现先增大再减少,而成都菊芋却不断减小,然富集系数均大于1,转移系数均小于1。JA+Cd共同处理后,进一步降低菊芋各器官Cd的富集,阻碍了Cd2+向地上部分的的转移。通过激光共聚焦显微镜下荧光成像可以看到,Cd胁迫的加深加剧了Cd2+在叶片气孔附近的保卫细胞处富集,并且阻碍了气孔开放;在JA+Cd共同作用下,减少了Cd2+在气孔附近的积累,恢复了保卫细胞的正常形态。