近年来,土壤中的重金属污染已成为世界上亟待解决的环境问题之一,尤其是重金属镉(Cd),对环境危害极大,除对植物生长造成严重威胁外,还可通过食物链在人体内富集,影响人的身体健康,甚至危及生命。当前,利用草本、木本植物修复重金属污染已成为修复土壤污染的一项重要技术。柳叶马鞭草适应性强、生长旺盛、观赏价值高,具有较大的生物量,是一种理想的土壤修复材料。本研究以柳叶马鞭草为对象,在不同浓度重金属Cd条件下对其进行发芽率、形态指标、生理指标、生物量积累、重金属积累特征测定和分析,研究其耐Cd性。此外,通过高通量测序技术,构建柳叶马鞭草在100mg/kgCd胁迫下的转录组数据库并基于序列注释分析,研究其内部Cd运输和解毒的分子机制,为以后马鞭草科植物潜在Cd防御策略的发现提供有价值的参考。主要研究结果如下:1、在相同的培养环境下利用培养皿纸上发芽法研究重金属Cd对柳叶马鞭草种子萌发的影响,通过观察记录柳叶马鞭草在不同浓度Cd胁迫下的萌芽情况以及存活率分析,发现其萌芽耐受的临界Cd浓度为20mg/L,在此浓度下,幼苗仍然能够发芽和正常生长,表现出耐Cd特性。2、在不同浓度重金属Cd条件下土培柳叶马鞭草,对不同处理时间段的柳叶马鞭草分别进行形态指标、生理指标、生物量积累、重金属积累特征测定和分析,得出结论:柳叶马鞭草不属于Cd超积累植物,但具有很强的Cd吸收能力和耐Cd性,它属于Cd耐性植物。柳叶马鞭草生长迅速,生物量大且具有强耐Cd性,在Cd污染修复中有巨大的潜在应用价值。3、构建了100mg/kgCd浓度胁迫下柳叶马鞭草根部转录组文库并进行测序。经数据筛选,从两个样品中共得到了55,962,351条和61,462,567条Q30分别为93.33%和93.36%及以上的clean reads;共构建了237,866条转录本和191,370条基因,平均长度分别为1,103bp和1,298bp。所有组装基因序列分别与Nr数据库、Nt数据库、Pfam、KOG/COG、Swiss-Prot、GO、KEGG数据库比对,有153,895(80.41%)条基因得到了注释。在该实验中,我们共获得了23,424条差异表达基因,其中有12,558条基因表达上调,10,866条基因表达下调。4、对柳叶马鞭草差异表达基因进行分析,探讨Cd胁迫下其反应的分子机制。通过研究Cd胁迫对柳叶马鞭草的光合影响、螯合剂的变化以及次生代谢产物的变化,得出结论:Cd胁迫影响了马鞭草光合作用过程中的光吸收、电子传递和碳同化效率;柳叶马鞭草通过增加体内植物络合素(PC)、有机酸和氨基酸含量,进而与Cd离子相互作用形成螯合物,避免Cd离子与细胞器直接接触,从而降低Cd的毒性;通过合成次生代谢产物,减轻Cd离子造成的过氧化反应,从而增强柳叶马鞭草的耐Cd性。5、运用qRT-PCR研究了在KEGG通路中与耐Cd相关差异表达基因的表达,验证了RNA-seq数据的可信性。对柳叶马鞭草的耐Cd性进行测定分析,为进一步研究其耐Cd性和功能基因组学提供了新的策略,对挖掘马鞭草科植物修复重金属污染的机制具有重要意义。