农业土壤中镉（Cd）和砷（As）等重金属或类重金属污染是作物生产与食品安全面临的一大问题。虽然已有多种多样的治理技术应对土壤的镉和砷等重金属污染,但由于存在环境健康风险和投资大等各种问题而未能广泛应用。因此,发展减少土壤中砷和镉等重金属污染的新型方法十分必要。近年来,钙及以此为主体的纳米产品因具有减轻植物镉和砷的毒害作用而得到关注。目前,有关钙-纳米颗粒（Ca-NPs）减轻砷和镉毒害的实际作用及其相关机理尚不清楚,为此进行了本研究,旨在明确砷和镉胁迫对大麦的生理毒害效应和钙及基于钙的纳米产品在减轻两种重金属毒害的潜在作用,同时,本研究也解析了钙和氧化钙纳米颗粒对减轻大麦砷和镉毒害的生理和分子机理。1.L-谷氨酸盐和钙对大麦砷毒害的影响具有相反的作用过量砷对包括植物等生物均具有毒害作用。目前有关L-谷氨酸盐和钙调控植物中砷引起的毒害效应知之不多。为此,研究了L-谷氨酸盐和钙对3和10日龄大麦植株砷毒害的影响。结果表明,砷显著抑制植物生长、生物量、光合色素含量、光合效率和矿物养分吸收,显著增加地上部和根系的活性氧（ROS）和丙二醛（MDA）水平,砷的亚细胞分布表现为叶绿体中远多于细胞壁,砷-转运基因的表达在砷胁迫下显著提高。施钙可增强抗氧化能力和增加养分吸收,从而减轻砷毒害。相反,外源施用L-谷氨酸盐抑制抗氧化酶活性、减少养分吸收以及促进砷从根系向地上部转运,最终加重砷毒害。以上结果说明L-谷氨酸盐和钙在砷胁迫下对大麦生长与生理的作用是相反的。2.氧化钙纳米颗粒具有减轻大麦砷毒害的作用纳米技术的快速发展为解决土壤重金属污染提供了一条新的路径。以两个砷耐性不同的大麦基因型（LJZ,耐性较弱;Pu-9,耐性较强）为材料,研究了氧化钙纳米颗粒（CaO NPs）在减轻砷毒害的效应及其机理。砷处理（胁迫）显著减少大麦生长、钙和叶绿素（SPAD值）含量、荧光效率（Fv/m）,显著增加活性氧（ROS）、丙二醛和砷含量,LJZ受影响要大于Pu-9。施用CaO NPs明显减轻两个大麦基因型的砷毒害。大麦植株中砷转运基因,包括Hv PHT1;1,Hv PHT1;3,Hv PHT1;4 and Hv PHT1;6的表达在砷胁迫下显著增强,而施用CaO NPs后显著降低。可以认为,CaO NPs减轻砷毒害的作用主要归因于钙吸收和ROS清除能力的提高以及砷吸收及根向地上部转运的减少。3.氧化钙纳米颗粒可以减轻大麦幼苗的镉毒害以两个大麦基因型（LJZ和Pu-9）为材料,研究了施用CaO NPs在减轻镉胁迫上的作用。大麦镉胁迫处理显著抑制生长、养分吸收和光合速率,导致组织中镉大量积累。施用CaO NPs显著增加植株生长量、抗氧化酶（包括抗坏血酸氧化酶、过氧化氢氧化酶、超歧氧化酶、谷胱甘肽还原酶）活性和非酶类抗氧化物（如抗坏血酸和谷胱甘肽）含量,同时丙二醛和过氧化氢含量显著下降。又之,镉胁迫下施用CaO NPs增加抗氧化酶相关基因的表达,且CaO NPs的效应Pu-9大于LJZ。由此可以认为,CaO NPs在减轻镉污染土壤上作物的毒害效应具有一定的应用潜力。4.转录组分析揭示CaO NPs处理的大麦根对砷和镉胁迫反应的差异利用转录组分析研究了CaO NPs处理的大麦根对砷和镉胁迫的的反应。在两种重金属胁迫和施用CaO NPs处理条件下,共鉴定到39954个差异表达基因（DEGs）。这些DEGs包括胁迫反应、转运相关以及转录因子。在培养液中加入CaO NPs抑制与ABC转运蛋白、谷胱甘肽代谢和RN A转运相关的KEGG通路。发现一种新的乙烯反应转录因子（ERF110;novel 1758）仅在砷或镉胁迫并有CaO NPs处理的大麦根中得到表达,说明CaO NPs在减轻砷或镉毒害上具有独特的作用。促进养分转运基因的表达镉胁迫处理的作要大于砷胁迫处理,而施用CaO NPs可进一步提高两种重金属胁迫处理的大麦根系中养分转运基因的表达。因此,本研究结果显示CaO NPs具有减少砷和镉胁迫下两种元素的吸收和抑制相关DEGs表达的功能。