随着工业生产的发展,排放到环境中的有毒重金属急剧上升,导致身处在污染环境当中的植物形态结构和生理代谢等受到抑制作用,并最终影响到植物的资源分配。本研究以三个品种的蚕豆(分别以A、B、C表示)和玉米(分别以Z1、Z2、Z3表示)为实验材料,在两种重金属5个剂量水平——Cd (10mg/kg,60mg/kg)、Pb (40mg/kg,250mg/kg)和复合污染(60mg/kg Pb+20mg/kg Cd)的大田模拟持续污染条件下,对蚕豆和玉米种群的形态数量性状指标、不同组织器官的干生物量和干质量热值进行了定量测定,并深入研究了蚕豆A品种和玉米Z1品种根组织的基因表达谱变化特征,初步探讨了植物在适应重金属污染过程中的资源配置动态变化以及内在的分子机理。研究结果如下：(1) Pb、Cd持续污染对蚕豆和玉米的生长表现出明显的抑制作用,但对种子的数量或质量表现出不同程度的促进作用,且种群数量性状的变化趋势因植物品种和污染浓度的不同而不同。总的来说,重金属污染抑制了两种植物根、茎的生长,并在大剂量污染条件下抑制作用更明显。从生殖指标上看,A、C品种蚕豆种子数量减少、质量增加,B品种同时提高了种子数量和重量；Z1、Z2品种玉米提高了种子质量,而Z3品种除了在小剂量处理下有所升高外,其种子质量在大剂量和复合污染下减少。(2) Pb、Cd持续污染造成了蚕豆和玉米资源配置格局的变化。在生物量配置方面,重金属污染普遍造成了蚕豆和玉米总生物量的减少,虽然植物各器官生物量在不同重金属污染条件下的变化趋势不尽相同,但总体上是向着减少茎叶投资、提高生殖或根系投资的方向发展。在能量配置方面,蚕豆和玉米在重金属污染条件下普遍都提高了植株的总热值。蚕豆叶片和种子热值随着处理浓度的升高而升高；茎和根热值随着污染浓度的升高先升高后降低,但均高于对照,较高的热值可能代表了蚕豆对与污染环境胁迫的适应能力。玉米叶片热值在小剂量下略微升高,随着污染浓度的升高,在大剂量下呈现明显降低趋势；茎、种子和穗轴热值随着污染浓度的变化没有明显的差异；根热值随着污染浓度的升高而升高。玉米在保证生殖器官能量投入的同时,通过增加根系的能量投入来响应重金属污染。(3)结合资源配置与基因表达谱的结果分析发现,Pb、Cd污染刺激了A品种蚕豆根组织中大量次生代谢产物(高能化合物)相关基因的表达,因此我们推断这是重金属污染条件下蚕豆总热值升高的主要原因,而其代价就是生长的降低；玉米对重金属污染环境也作出了同样的响应,但随着污染浓度的增加,玉米通过降低生长还不足以维持能量平衡时,就通过降低营养器官的能量储备来维持繁殖生长的能量投资量,结果表现为总热值的降低和繁殖投资的相对增高。(4)数字基因表达谱的结果表明：重金属污染条件下,蚕豆、玉米的不同处理组与对照组之间的基因差异表达极其明显,这些显著差异表达的基因主要富集在离子转运、金属离子结合、抗氧化活性、氧化还原酶活性等功能群中；差异表达基因还显著富集在次生代谢产物的生物合成、代谢途径和信号传导通路中。Cd和Pb处理之间存在一些共同的信号通路,参与的生物过程包括植物激素信号传导,类黄酮生物合成,类苯基丙烷的生物合成,芪类化合物、二芳基庚烷、姜醇的生物合成,戊糖和葡萄糖醛酸的相互转换,甘油磷脂代谢,淀粉和蔗糖的代谢。蚕豆在这些通路中的上调表达的基因数基本都远大于下调表达的基因数,暗示着这些过程可能与蚕豆对Cd和Pb的耐受性机制有关。(5)根据蚕豆和玉米数字基因表达谱测序结果,我们筛选出了一些可能与植物重金属抗性有关的基因。