近年来，工业化与城镇化的快速发展导致环境重金属Cd污染问题日益严重。Cd作为一种植物非必须元素，具流动性高、迁移能力强、难降解等特点，通过食物链和食物网对动植物乃至人类造成严重威胁。植物作为安全绿色的环境修复材料，被广泛应用于Cd污染修复防治工作。虽然有大量文献报道了不同植物对Cd胁迫的响应，但受植物品种、生境和环境污染程度等因素的影响，不同植物对Cd胁迫响应仍存在一定差异，且目前植物对Cd耐性机制尚不明确。鉴于此，本文以高寒牧草无芒披碱草（Elymus sinosubmuticus S.L.Chen）、麦薲草（Elymus tangutorum（Nevski）Hand.-Mazz.）和同德老芒麦（Elymus sibiricus L.）为受试材料，采用水培法，探究Cd胁迫下三种牧草生长变化及生理响应，比较筛选出耐Cd植物材料，并揭示三种高寒牧草幼苗耐Cd的生理调控机制。主要研究结果如下： （1）Cd胁迫对三种高寒牧草种子萌发与幼苗生长呈抑制作用。三种高寒牧草在低中浓度Cd胁迫时（5~20mg·L-1）种子萌发与幼苗生长规律具一定差异，当Cd胁迫浓度达到40mg·L-1时，Cd毒性表现明显。如无芒披碱草40mg·L-1Cd胁迫下的发芽率、发芽势及发芽指数分别较对照组降低14.67%、16.67%和15.38%，长根长、短根长、长叶长、短叶长、茎长和株高较对照组分别降低了1.66、0.59、4.33、3.76、1.57和11.97cm。 （2）Cd胁迫显著降低三种高寒牧草叶绿素含量。Cd胁迫下无芒披碱草的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和胡萝卜素含量与对照组相比均显著降低（P＜0.05），在5mg·L-1Cd胁迫下的含量较对照组分别降低了1.23、0.43、1.64和0.16μg·mL-1。麦薲草叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和胡萝卜素含量在40mg·L-1Cd胁迫时显著降低（P＜0.05），其含量较对照组分别降低了0.82、0.12、0.94和0.13μg·mL-1。同德老芒麦叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和胡萝卜素含量在5mg·L-1Cd胁迫时达到最小值，其含量较对照组分别降低了1.21、0.38、1.59和0.24μg·mL-1。 （3）Cd胁迫下三种高寒牧草MDA含量和抗氧化酶活性总体显著升高，但变化趋势略有差异。与对照组相比，三种牧草MDA含量均在Cd浓度为5mg·L-1时显著升高（P＜0.05），无芒披碱草、麦薲草和同德老芒麦的含量较对照组分别升高了7.15、8.99和2.99g·FW-1。随Cd浓度升高，无芒披碱草SOD、POD、APX和CAT酶活性逐渐升高，在Cd浓度为40mg·L-1时均达到最大，较对照组分别升高了6.99、2976.71、55.93和1166.67FW·min-1。 （4）Cd胁迫会影响三种高寒牧草游离脯氨酸、硝态氮、铵态氮、可溶性糖、蔗糖及淀粉含量。例如，随Cd浓度升高，无芒披碱草和麦薲草的游离脯氨酸含量逐渐升高，在40mg·L-1Cd胁迫下达到最大，较对照组分别升高了0.95和4.08μg·g-1。同德老芒麦的游离脯氨酸含量在20mg·L-1Cd胁迫下最高，较对照组升高了8.61μg·g-1。无芒披碱草在40mg·L-1Cd胁迫硝态氮含量最低，较对照组降低了4.48μg·g-1。麦薲草的硝态氮在Cd浓度为20mg·L-1时达到最大，较对照组升高了2.23μg·g-1。同德老芒麦的硝态氮在Cd浓度为5mg·L-1时达到最大，较对照组升高了1.77μg·g-1。 （5）三种高寒牧草种子萌发与幼苗生长对Cd胁迫的响应存在差异。在种子萌发期耐性大小为麦薲草＞同德老芒麦＞无芒披碱草，主要判断依据为三种牧草相对伤害率中，麦薲草在0~20mg·L-1Cd胁迫下差异不显著，同德老芒麦在0~10mg·L-1Cd胁迫下差异不显著，而无芒披碱草各胁迫组间相对伤害率具显著差异且随镉浓度增大而增大。在幼苗生长期，无芒披碱草和麦薲草均具较好耐Cd性。在无芒披碱草的生长变化中，5mg·L-1Cd胁迫对其长叶，10~20mg·L-1Cd胁迫对其短长叶均具促进作用。在麦薲草的生长变化中，5mg·L-1Cd胁迫对其株高和鲜重具促进作用，而Cd胁迫对同德老芒麦的生长均具抑制作用。此外，在三种高寒牧草的光合色素含量响应中，麦薲草受到的干扰较少。因此，三种高寒牧草幼苗生长期的耐Cd性为麦薲草＞无芒披碱草＞同德老芒麦。 综上所述，Cd胁迫对三种高寒牧草产生不同程度的损伤，主要引起脂膜过氧化损伤，降低种子活力，抑制植物根、茎、叶及生物量的生长，削弱植物光合作用。同时，三种高寒牧草启动一系列机制以减轻机体损伤，第一，启动抗氧化酶活性以清除体内过量积累的活性氧，本文结果表现为SOD、POD、APX、CAT酶活性随Cd胁迫浓度升高而升高。第二，增加体内渗透性物质以减轻损伤，本文结果表明游离脯氨酸含量随Cd胁迫浓度升高而增加，硝态氮、铵态氮、可溶性糖、蔗糖及淀粉含量在不同浓度Cd胁迫下具显著变化。研究结果可为青藏高原Cd污染土壤利用本土植物进行生态修复治理提供参考。
NETL
