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芥菜(Brassica juncea)是十字花科芸薹属植物,是一类重要蔬菜作物。近年来研究表明芥菜是一种较为理想的修复Cd污染土壤的植物。因此,研究芥菜抗Cd胁迫的机制对应用芥菜于Cd污染土壤修复和培育低富集的芸薹属植物具有重要的意义。本实验以芥菜为材料,研究不同浓度的Cd处理对其幼苗生长特性、Cd吸收和积累的特点、养分吸收、光合特性以及抗氧化酶系统的影响,运用高通量测序技术对芥菜转录组进行分析,初步探讨了芥菜响应Cd胁迫的分子机理。20mg/kg-100mg/kg Cd胁迫抑制了芥菜的生长,显著减少了其幼苗的生物量、根系的伸长生长。芥菜植株同一器官不同Cd处理浓度其Cd含量差异显著。Cd胁迫降低了芥菜Mn和Mg含量,抑制了Ca和Zn向地上部转运,叶片中Fe含量下降。Cd胁迫影响了芥菜的光合作用,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)显著下降,胞间CO2浓度(Ci)先下降后上升。三个处理最大荧光(Fm)、PSII实际光化学量子效率(ΦPSII)均下降。芥菜叶绿素a和b含量都下降,但叶绿素a受到的影响更大。Cd胁迫下植物会产生氧自由基,抗氧化酶系统在一定程度上能够将其清除。植株中MDA含量显著上升,SOD、POD、GR和APX酶的活性上升,而CAT酶活性下降。芥菜转录组测序共获得115 228条序列,平均长度为986 bp,GO功能分类结果显示Uni Gene主要参与了生物过程中的代谢过程、细胞过程和单一有机体过程,细胞组分的细胞、细胞器、细胞部分,以及分子功能的结合和催化活性。其中,镉胁迫下,在根和叶中表达同时上调的基因有23个,下调的有57个,这些基因的功能主要是叶绿素A/B结合蛋白(chlorophyll A/B binding protein),丝氨酸/苏氨酸磷酸酶(Serine/threonine phosphatases),C2H2型锌指(C2H2-type zinc finger),磷酸丙糖转运蛋白家族(Triose-phosphate Transporter family),磷酸诱导蛋白1保守区(Phosphate-induced protein 1 conserved region),谷胱甘肽S转移酶(Glutathione S-transferase),甘油磷酸二酯酶家族(Glycerophosphoryl diester phosphodiesterase family),转录调控因子(DNA-binding domain found in transcription regulators),植物转座子蛋白(Plant transposon protein),胡豆合成酶(Strictosidine synthase),糖基水解酶家族17(Glycosyl hydrolases family 17),三磷酸腺苷硫酸化酶(ATP sulfurylase)。