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镉（Cd）等重金属污染已成为严重影响环境和威胁人类健康的全球性问题之一。蕨类植物具有适应能力较强、生长速率较快、抗逆性较强及耐贫瘠等特点。蕨类植物也是最为原始的维管植物，具有比较简单而多样的维管结构。目前有关蕨类植物对重金属耐性的研究较少，加强蕨类植物对重金属的积累能力、耐性机理及其对重金属污染土壤修复等方面的研究具有重要的理论和实践意义。本文通过盆栽实验，系统地研究了系统进化地位及维管系统结构不同的四种草本蕨类植物，即卷柏科江南卷柏（Selaginella moellendorffii）（编织中柱）、木贼科节节草（Equisetum ramosissimum）（真中柱）、紫萁科紫萁（Osmunda japonica）（管状中柱）和凤尾蕨科蜈蚣草（Pteris vittata）（管状中柱），在重金属Cd胁迫下的耐性和富集特征，以及Cd胁迫对四种蕨类植物生长发育、叶片及维管结构、生理生化指标等的影响，并探讨了四种蕨类植物对Cd胁迫的耐性机制及其应用于Cd污染土壤治理的可行性。 本研究主要内容包括：⑴四种蕨类植物在低浓度（≤50 mg·kg-1）Cd胁迫下均能正常生长，在较高Cd浓度处理下，四种蕨类植物的株高、鲜重和地上与地下部分的干重比都受到不同程度的抑制，浓度越高，抑制越明显。与对照组相比，在高浓度（≥100 mg·kg-1）Cd胁迫下，江南卷柏、蜈蚣草和紫萁叶片厚度减小，叶肉细胞变得疏松，根、茎的维管系统结构也受到一定程度的破坏，维管系统中的导管数量有所减少。⑵随Cd浓度的增加，四种蕨类植物的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均先上升后下降；MDA和脯氨酸含量均有不同程度的增加；江南卷柏、蜈蚣草和紫萁体内的可溶性糖含量均逐渐增加，但节节草体内的可溶性糖含量逐渐降低；江南卷柏和紫萁SOD酶活性均随Cd浓度的增加先升高（Cd=50mg·kg-1，达到最大值）后降低，节节草和蜈蚣草SOD酶活性均随处理浓度的增加而升高；江南卷柏、节节草和紫萁POD酶活性随处理浓度的增加而增大，而蜈蚣草POD酶活性随Cd浓度的增加而先上升后下降，在Cd浓度为100 mg·kg-1时达到最大值；江南卷柏、蜈蚣草和紫萁的CAT酶活性总体上均随Cd浓度的增加先上升后下降，而节节草CAT酶活性表现出先略微下降后逐渐上升的趋势，但上升幅度不大。⑶Cd在四种蕨类植物体内均以根部积累为主，地上部含量相对较低。四种蕨类植物地上部和地下部Cd累积浓度均随Cd处理浓度的增加而升高，其中江南卷柏和蜈蚣草显著升高（P<0.05）。当Cd浓度低于50 mg·kg-1时，紫萁对重金属Cd的积累能力较强，其次是江南卷柏；当Cd浓度高于100 mg·kg-1时，紫萁的耐性要明显低于江南卷柏、蜈蚣草和节节草。⑷四种蕨类植物对重金属Cd的抗性排序为江南卷柏>蜈蚣草>节节草>紫萁。这说明以具有较原始的编织中柱的江南卷柏对Cd的耐性和积累能力最高，以具有管状中柱的蜈蚣草次之，而具有管状中柱的紫萁和真中柱的节节草对Cd的耐性和积累能力相对较低。研究结果初步表明，随着维管系统从原生中柱向真中柱的进化，四种蕨类植物对Cd的耐性和积累能力具有逐渐减弱的趋势。