镉(Cadmium,Cd)是最为普遍最具毒性的金属污染物。水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食之一,对Cd具有较强的吸收能力,Cd不仅会引起水稻生理状态紊乱造成品质下降,还会通过食物链富集作用进入人体,严重危害身体健康。代谢组学平台和高通量测序技术是研究代谢物组成和含量变化、微生物群落结构演替的有力工具。探索代谢产物和微生物菌群在一定时空环境中变化和响应模式,可为进一步研究植物生长以及应对环境胁迫的调控机制提供理论依据。本课题通过非靶向代谢组学技术和高通量测序技术,围绕重金属-植物-根际环境互作关系,探究重金属非生物胁迫对植物及根际微环境影响机制,selleck揭示重金属Cd对农作物和环境的潜在影响,更好地了解Cd污染的特性、程度和影响机制,从而为保护农作物安全生产和生态环境安全提供科学依据和技术支撑。主要内容和结果如下:(1)基于非靶向代谢组学方法研究Cd对水稻生长状况及代谢的影响,以阐述水稻抵御胁迫的响应机制。针对水稻不同组织样品,通过扫描电镜(SEM)和酶标仪等测试手段进行分析,结果表明不同浓度Cd处理下根、茎、叶组织表面微观结构、植株生理活性均受到显著影响;此外,为了进一步探究水稻代谢对胁迫的响应,采用非靶向代谢组学研究了水稻的代Q-VD-Oph谢变化,结果发现根、茎、叶组织中生物碱、类黄酮、有机酸、脂质、萜类、糖和苷类等含量均发生显著变化,特别是根、茎组织中,类黄酮、糖和苷类含量与Cd浓度成正相关。代谢途径分析表明:Cd胁迫显著影响水稻植株氨基酸、类黄酮等的生物合成和代谢途径。(2)利用液相色谱-质谱联用仪器(LC-QTOF/MS)研究水稻根系分泌物对Cd胁迫的机制响应,了解植物适应环境的外部排毒策略。水稻根系分泌物的代谢分析表明,CdPrimary immune deficiency胁迫显著改变水稻根系分泌物的代谢特征。不同浓度Cd处理后大部分生物碱、脂质、类黄酮、酚类、有机酸等呈现积极响应。代谢途径结果表明:水稻根系分泌物在不同浓度Cd胁迫下,酪氨酸代谢、嘌呤代谢、异喹啉生物碱生物合成等代谢途径均受到显著影响。(3)利用16S rRNA高通量测序技术,研究根际/根表土壤微生物对水稻生长的影响,并探究植物与根系土壤相关微生物群落之间的相互作用。研究Cd对水稻根际/根表土壤微生物群落,以揭示Cd及水稻分泌物对土壤微生物群落的影响。实验结果表明:土壤酶活性发生显著变化,证明土壤微生物系统受到了影响。土壤微生物丰度和多样性分析表明,Cd胁迫改变水稻根系土壤微生物的群落结构(p<0.05)。变形菌门和浮霉菌门是根际/根表中的优势菌门,并发现了Bacillus、Pir4＿lineage、Cyanobacteria和Roseobacter＿clade＿CHAB-I-5＿lineage等有益水稻微生物。功能预测结果表明:Cd显著影响了根际/根表微生物群落功能,并发展出适应环境胁迫的不同代谢策略。