现代工农业生产过程,会造成过量的镉（Cd）和铅（Pb）排放,污染土壤。Cd/Pb属于毒性金属,会对动植物的生长发育产生危害。土壤中过量的Cd/Pb会通过食物链传递和富集,对人类健康造成威胁。治理土壤Cd/Pb污染迫在眉睫。植物修复技术是一种绿色、经济、无二次污染的重金属污染土壤治理方法,具有广阔的发展前景和利用空间。杨树生长迅速、生物量大、适应力强,在修复Cd/Pb等重金属污染土壤中具有巨大潜力。然而,杨树地上部分Cd/Pb富集浓度比超富集植物低,修复Cd/Pb污染土壤的能力有较大提升空间。硫（S）是植物生长发育所必需的元素。并且,植物对S的吸收、同化及代谢与重金属吸收、转运、积累和耐受密切相关。然而,对于S在杨树响应Cd/Pb中的作用还不清楚;同时,S吸收、同化和代谢过程与Cd/Pb富集和耐受之间的关系需要进一步明确,其中的分子调控机制需要深入研究。本研究旨在阐明S调控杨树吸收、转运、积累和耐受Cd/Pb的生理分子机制。本研究首先探索了S在杨树富集Cd过程中的作用;随后,通过改变外源S供给水平,研究了S调控杨树吸收、转运、积累和耐受Cd中的生理分子调控机制;最后,探究了S缓解Pb毒害的机制。主要研究结果如下:用600μM Cd Cl2处理两种富集Cd/Pb能力差异较大的杨树40天,发现:美洲黑杨地上部分富集了较多的Cd。Cd处理下,美洲黑杨体内的S含量显著高于中华长青杨。此外,美洲黑杨中与重金属积累耐受相关的S同化代谢产物浓度,如非蛋白硫醇,谷胱甘肽也显著高于中华长青杨。这些结果表明,S同化代谢在杨树富集Cd过程中起着重要作用,S同化代谢可能是造成两种杨树Cd富集能力差异的原因。为了深入研究S在Cd胁迫响应中的作用机制,对生长在低、中和高S水平（4.5,100和1500μM S）下的美洲黑杨进行50μM Cd Cl2处理。发现,高S供给使杨树地上部分Cd积累量增加,低S供给使杨树地上部分Cd积累量降低。此外,高S供给显著缓解了Cd胁迫引起的光合和生长抑制,而低S供给则加重了Cd对杨树的毒害。高S处理下,杨树体内活性氧（ROS）的积累量明显低于中S和低S。高S供给使杨树根、叶和皮中的γ-ECS及地上部分的GST酶活性升高,而低S供给则抑制了这些酶的活性。与此一致,高S供给下,杨树根、木材、皮和叶中的GSH含量显著升高。这些结果表明,S通过同化代谢合成GSH增强Cd的络合,降低氧化胁迫,以增强杨树对Cd的吸收、积累和耐受。为了研究S调控杨树Cd富集及耐受的分子机制,利用高通量测序技术对不同S供给水平和Cd处理的美洲黑杨进行转录组、micro RNA及降解组分析。研究发现,高S供给明显诱导了YSL3（Yellow stripe like protein 3）和ZIP5（Zinc/iron regulated protein 5）的转录表达,增强了Cd的吸收和转运;同时,高S供给下,mi R828和mi R172的转录水平显著降低,使其靶基因MYB66和AP2的转录水平上调,从而增强对下游基因的调节,增强了杨树对Cd的耐受。在联合分析中,发现了两个同时参与S和Cd响应的基因—ATPS（ATP sulfurylase）和NF-YA（Nuclea facteor Y subunit A）。通过预测和降解组验证找出了它们的调控micro RNA,分别为mi R395和mi R169。此外,通过核心基因共表达分析,发现ATPS与肌醇合成酶基因VTC（L-galactose-1-phosphate phosphatase）、抗坏血酸还原酶基因DHAR2（Dehydroascorbate reductase 2）等S代谢相关基因存在联系;NF-YA与金属转运蛋白基因有关,如:CNGC1（Cyclic nucleotide gated channel 1）、PDR（Pleiotropic drug resistance 12）、BCB（Blue-copper-binding protein）等;ATPS和NF-YA同时与信号转导（核苷二磷酸激酶）和磷酸根转运相关。这些结果表明,杨树中S同化与Cd耐受在基因转录调控水平上存在密切联系,其中ATPS和NF-YA在S调控杨树富集和耐受Cd过程中起核心作用。Pb是Cd的伴生矿。为研究S调控杨树响应Pb胁迫的生理及分子机制,对生长在不同S水平下的美洲黑杨进行50μM Pb Cl2处理。发现,美洲黑杨地上部分的Pb浓度随着施加S浓度的增加而增加。高S供给缓解了Pb胁迫引起的光合和生长抑制,以及氧化胁迫;而低S供给则加重了Pb对杨树的毒害。高S处理增强了S同化代谢基因ATPS1,ATPS3和GSHS1的转录表达,使GSH含量增加。这些结果表明,与Cd胁迫相似,S主要通过增强GSH的合成调控杨树吸收、转运、积累和耐受Pb。