三七为五加科人参属植物三七的干燥根及根茎,其主要活性成分为三七总皂苷(PNS),主要功效为活血化瘀、消肿止痛,临床上常用于治疗心脑血管疾病[1,2]。三七为众多中成药的主要原料药,包括云南白药、片仔癀、血塞通、三七通舒胶囊等。因此,三七具有很高的药用价值及经济效益。云南省是中国最大的镉产地,年镉产量达63吨,占中国总产量的46%。不幸的是,三七适宜种植区狭小,且与有色金属矿区高度重叠,导致三七及种植土壤存在严重的镉污染问题。课题组前期研究表明,三七药材及种植土壤镉含量超标率分别为22.7%和35.14%。镉胁迫会抑制三七的生长发育,造成氧化胁迫损伤,降低皂苷的累积。因而,减少镉在三七中的累积、减轻镉的胁迫损伤对保障三七药材安全意义重大。本研究主要以三七为试验材料,研究了钾素对镉胁迫下三七镉累积的影响及其作用机理,主要结果如下:(1)云南省三七-种植土壤镉钾含量调查田间调查结果表明,土壤中镉含量最高值为0.46 mg.kg-1,三七主根中镉含量最高值为0.93 mg.kg-1。三七种植土壤中镉含量与三七主根五种皂苷含量之和呈显著负相关关系,土壤速效钾及三七主根中钾含量与三七主根皂苷含量则均呈显著正相关关系。土壤速效钾与土壤pH、TOM和CEC值均呈极显著正相关关系,而pH、TOM和CEC值与三七主根镉含量及土壤生物可利用态镉(TOM除外)含量均呈显著负相关关系。土壤总钾、速效钾含量与土壤生物可利用态镉含量及三七主根镉含量均呈显著负相关关系。结果表明,三七及种植土壤镉含量与土壤钾含量及理化性质具有显著相关性,并且皂苷含量与三七中镉、钾含量也存在显著相关性。(2)氮钾肥平衡施用降低三七-土壤重金属镉累积大田及盆栽实验表明,相同氮肥施用量条件下随着钾肥施用量的升高三七皂苷和生物量累积量均随钾肥施用量的增加而升高。降低氮肥施用量可减少三七种植土壤pH、TOM和CEC值的降低。相同氮肥施用量下,三七种植土壤生物有效态锦含量随钾肥施用量的升高而降低,三七中的镉含量亦随之降低。说明当前三七种植施肥条件下,降低氮肥施用量可以减轻土壤理化性状的恶化,增施钾肥不但能够促进皂苷和生物量的累积而且能够进一步改善土壤理化性状,减少土壤中生物有效态镉含量,从而减少镉在三七中的累积。(3)盆栽条件下不同钾肥品种及施用量对镉胁迫下三七镉累积影响盆栽实验结果表明,施用钾肥可以显著降低三七主根、剪口、筋条中镉累积。随着钾肥施用量的升高,三七皂苷含量随之升高,镉含量则显著降低。随钾肥施用量增加,土壤细菌变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroitidetes)的丰度增加,酸杆菌门(Acidobacteria)的丰度降低;真菌被孢霉门(Mortierellomycota)的丰度增高,子囊菌门(Ascomycota)的丰度降低,进而影响土壤pH、CEC、TOM,从而影响土壤中生物有效态镉含量,进而使三七根部(主根、剪口、筋条)中镉含量显著降低。因而适当的改善土壤理化性状在保障三七正常生产的同时也能够达到降低土壤中有效态重金属含量的目的。同时,可以增加三七药效成分含量。(4)水培条件下不同种类及浓度钾素对镉胁迫下三七镉累积影响水培实验结果表明,钾肥能够使三七主根镉含量降低24.68-45.02%。三七主根各亚细胞结构中镉含量从高到低依次表现为:细胞壁(～46%)>细胞质及上清液(～40%)>细胞器(～14%)。镉处理显著促进PnMTP及PnNRAMP家族基因的表达,钾处理可以显著降低其表达,从而达到降低三七根部镉含量的目的。结果表明,细胞壁、细胞质及上清液为镉主要结合部位,钾处理可以显著降低隔在三七根上述部位中的累积,从而降低镉含量。