随着城市化与工业化进程的不断加快,环境问题日益严峻,其中土壤重金属污染问题尤为突出,严重危及食品安全和民众健康,其治理已迫在眉睫。植物修复是一种环境友好且节能高效的重金属清除技术,应用潜力巨大。本研究以我国土壤污染中最为严重的重金属镉（Cd）作为研究对象,旨在筛选出适于土壤Cd污染修复的园艺植物,并探索Cd对植物生长和根际土壤生态的影响,揭示植物的Cd耐受能力和响应机理,研究结果如下:1.土壤Cd污染修复的植物筛选。1)不同植物在Cd胁迫下的耐受特性可分为三类,即受到强抑制作用,在各Cd浓度处理下,蓝雪花的平均株高增量较CK显著降低了23.24%～152.16%,月季显著降低了23.56%～125.44%,抑制作用包括鸡冠花、九月菊;低促高抑作用包括彩椒和万寿菊;2)各浓度Cd胁迫下,月季、蓝雪花、康乃馨生物量的积累均受到显著的抑制作用,且随Cd浓度增加,抑制作用逐渐增强。但万寿菊和九月菊生物量积累较CK无显著下降趋势,甚至225 mg·kg-1处理下,九月菊生物量积累显著增加了38.81%;3)不同植物根冠比对Cd胁迫的响应并不相同,但九月菊、万寿菊、蓝雪花和月季在各Cd浓度处理下,根冠比较CK无显著差异。综上,Cd胁迫处理下,菊科植物九月菊和万寿菊通过提高根系生长或者减少地上部植株发育,维持较稳定的根冠比,扩宽了根系与土壤接触面积,促进养分吸收,保证植株正常生长代谢。由于万寿菊的花朵可提取精油,具有一定经济价值,同时因其自播繁殖特性,成本低,价值高,有利于推广,本研究将万寿菊作为耐Cd、富Cd机制研究的目标植物。2.万寿菊在Cd胁迫下的生长发育及Cd积累与分配特征。1)各发育时期各器官内Cd含量均随Cd处理浓度的增加而显著上升,幼苗期茎部最多、根部最少,而盛花期和结果期根部最多,花序部极少,仅为根的2.46%、茎的5.49%、叶的2.62%;2)各浓度Cd处理下万寿菊对N的吸收均增多,≤150 mg·kg-1处理促进P吸收,而对K的吸收不如对N、P积极,且三种元素在不同器官间的分配均存在明显差异,如植株开花结籽,K被积极地由营养器官（尤其是叶）调往花部,表明这些元素在万寿菊开花后往花部的转运并未受到Cd处理的影响;3)Cd＜30 mg·kg-1处理的叶片中O2·-、H2O2和MDA含量并未显著升高,且随着植株生长发育健全,这三个指标显著升高所需的最低Cd浓度由30 mg·kg-1逐渐上升至150 mg·kg-1,说明随着生长发育（处理时间延长）,万寿菊对Cd的敏感度越来越低;4)7.5 mg·kg-1、15 mg·kg-1和30 mg·kg-1处理下种子的发芽率显著提高了67.83%、104.46%、73.92%,但≥30 mg·kg-1时,种子发芽率整体表现为下降趋势,且Cd浓度达到75 mg·kg-1后,各处理正方形或不规则畸形等典型败育性状的花粉变异数量明显增加,说明Cd胁迫下,种子生命活力受到了一定影响。3.转录组分析结果表明:1)30 mg·kg-1Cd胁迫下,万寿菊叶片显著上调基因494条,显著下调的基因83条,GO功能注释结果表明这些差异基因主要富集在苯丙烷生物合成等次生代谢过程,150 mg·kg-1处理下,万寿菊显著上调和显著下调的基因分别有622条和506条,主要富集在光的收集与捕获、光反应I、II以及光合相关的酶的活性等方面;2)Cd胁迫下,万寿菊中苯丙烷、黄酮、植物激素、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成等次生代谢产物的生成与分配的基因显著上调,这可能与万寿菊具有较高的抵御Cd胁迫的能力相关;3)高浓度Cd胁迫引起万寿菊光合作用-天线蛋白、卟啉和叶绿素代谢、类胡萝卜素生物合成、植物昼夜节律等途径相关基因的下调,导致了光能量吸收的减少和随后光合作用效率降低,表明转录因子激活、次生代谢物生物合成、光合作用和碳水化合物代谢增强以及植物激素信号转导的协同作用是提高万寿菊耐Cd的复杂网络,这拓宽了我们对万寿菊抵御Cd毒性的作用机制的了解;4)30 mg·kg-1处理下,H2O2信号通路PR1基因,以及Ethylene通路Chi B基因上调,进而导致防御反应增强。150 mg·kg-1处理下,乙烯通路MKK9基因、脱落酸信号通路PYR/PYL基因的下调,有可能减弱万寿菊对Cd胁迫的适应能力。4.土壤微生物和土壤酶结果表明:1)150 mg·kg-1Cd胁迫下万寿菊根际土壤细菌群落的Alpha多样性显著降低,放线菌纲、α-变形菌纲与γ-变形菌纲作为优势纲,其丰度均显著高于CK,其中放线菌纲中链霉菌属抗性最强,酸杆菌门与绿弯菌门对高浓度Cd的抗性偏弱;2)在细菌群落丰度前30的科中,亲缘关系较近的科并不一定对高浓度Cd表现出一致的抗性或敏感性;3)高浓度Cd胁迫对酸性磷酸酶活性具有促进作用,而对过氧化氢酶活性具有抑制作用,这可能与根系分泌物质或作用于该酶的微生物有关;4)万寿菊植株的生物量与土壤Cd胁迫浓度呈显著负相关关系,而与细菌数量以及过氧化氢酶活性呈正相关关系,与酸性磷酸酶活性没有显著的相关性。由此可知,高浓度Cd胁迫会改变万寿菊根际土中的微生物群落数量以及结构,并对土壤过氧化氢酶活性产生显著抑制作用,最终在地上部分,表现为万寿菊生物量的减少。5.Cd胁迫下,万寿菊抗性机制主要涉及规避机制和耐性机制。规避机制包括茎～根协同避免初期Cd向叶片转移、后期通过根系分泌物增加土壤细菌数量以及增强土壤中过氧化氢酶活性,限制Cd向地上部分转移,减少花序中Cd含量;耐性机制包括保证营养元素吸收与合理分配,清除多余活性氧避免膜质过氧化伤害,且这种耐受能力随其生长发育还能得到提高,同时万寿菊提高转录因子激活,增加次生代谢物生物合成、碳水化合物代谢以及植物激素信号转导的协同作用,进一步加强了万寿菊对Cd胁迫的耐受能力。