苦苣（Cichorium endivia L）,是菊科一二年生草本植物,又名苦菊,以嫩叶为食,是近年来野生蔬菜的开发种植是农业热门。由于我国土壤重金属污染的实际情况越来越严重的,并结合当下水培蔬菜的发展趋势,本实验在植物工厂人工光环境下、采用水培方法添加氯化镉,控制营养液中重金属离子浓度,探究苦苣幼苗镉胁迫的机理,通过实验得出了以下结论:1.随着镉离子浓度的增加,苦苣幼苗的株高、地上部分鲜重的变化呈现抑制的趋势,平均株高与地上部分鲜重逐渐降低。苦苣幼苗在镉胁迫下抗逆性表现较弱,在水培营养液中添加氯化镉溶液达到10mg/L的处理中,3d的总镉积累就超过了国家食品安全食用标准,说明苦苣对镉积累能力较强;但随着镉的积累量增加,植株的死亡率也在增加,对有毒害作用的重金属排除能力较弱。2.苦苣幼苗叶片的超显微结构表明,在空白处理CK中生长的幼苗,叶绿体形态狭长扁平,内外膜结构完整,沿细胞膜均匀分布,结构功能正常。在添加含有氯化镉的营养液后,受到镉离子的影响,叶绿体的分布不再均匀沿着细胞膜,在细胞质中出现部分聚集现象,叶绿体形态发生不同程度的肿胀。基粒片层发生断裂,排列分布变得混乱。叶绿体内部出现淀粉粒,数量逐渐增加且体积逐渐增大。类囊体之间出现膨胀或者扭曲,同时部分类囊体出现模糊不清的情况。正常的叶绿体功能明显受到影响。3.苦苣幼苗渗透调节作用对镉离子表现出敏感特性。随着镉离子浓度的增加,丙二醛与游离脯氨酸含量均呈现出先上升后下降的趋势。在镉离子浓度达到0.5mg/L时丙二醛与游离脯氨酸含量达到最大值。当营养液添加镉离子浓度达到1mg/L时,胁迫程度开始超过植物自身的调节作用的极限,两种渗透调节物质均受到影响,含量开始下降,且变化趋势较为相似,但丙二醛与游离脯氨酸含量总体还是高于空白对照,植物渗透调节减少重金属离子毒害的作用始终存在。4.实验结果显示,SOD、POD等抗氧化酶类在清除镉胁迫下苦苣幼苗体内产生的活性氧自由基上发挥的作用并不明显。SOD酶活性随着苦苣幼苗体内总镉含量的增加而逐渐下降,对活性氧、自由基产生与清除起到的调控作用逐渐下降,缓解植株受到的重金属胁迫危害的能力也随之减弱。POD酶表现为先下降后升高,当营养液添加镉离子浓度达到1mg/L时,POD酶活性表现为最低;当营养液添加镉离子浓度达到10mg/L时,POD酶活性表现为最高。在酶保护系统中有些酶活性受到重金属离子的抑制作用,植株通过自身调节,强化其他酶活性,总体上依旧造成膜质的过氧化作用加剧,对植株的正常生长造成严重的影响。5.随着营养液中添加镉离子浓度的增加,苦苣幼苗叶绿素含量表现为先上升后下降。当营养液添加镉离子浓度达到5mg/L时,苦苣幼苗中叶绿素含量达到最大值。随着植株体内总镉含量的增加,胁迫程度逐渐超过叶绿素合成速度极限,叶绿体受到影响出现畸形,叶绿素光合作用受到抑制,而类胡萝卜素随着体内镉积累量的增加逐渐升高,作为光合作用的辅助因子,在叶绿素逐渐受到抑制时,发挥了清除植物体内的自由基,防止膜脂质过氧化的作用,保证了植株光合作用的进行。6.参考苦苣幼苗叶片的全长转录组序列,分析叶片转录组表达谱,平均产生4394万条reads,将低质量序列过滤后去除,剩余clean reads的数目平均在4038万条左右。所有分析样品的测序总核苷酸数均在6.0G以上。10mg/L氯化镉处理胁迫下共有2192个基因发生差异表达,生理代谢最为活跃,是各处理组中差异表达基因数量最多的。果糖基转移酶活性、蔗糖1F-果糖基转移酶活性、与膜相关细胞组分、氧化还原酶活性等的GO条目显著富集。7.根据实验结果,通过KEGG代谢通路分析,发现镉胁迫主要影响苦苣幼苗的代谢途径有:植物激素信号转导、淀粉与蔗糖代谢、半乳糖代谢、倍半萜和三萜生物合成、苯丙烷生物合成五大类。主要集中在生长素、细胞分裂素等植物激素的调控,通过糖代谢调控维持植株生理活动,植株抗病性和细胞壁组分影响及功能调控,通过这些途径相关的代谢来影响或缓解重金属离子带来的损伤。