镉(Cd)是一种生物非必需的重金属元素,对植物和动物而言是有毒重金属,我国耕地的土壤重金属污染为16.67%左右,占耕地总量的1/6左右,所以治理土壤Cd污染迫在眉睫。植物修复被认为是一种有效且具有经济效益的方法,因为超富集植物生物量小、难以存活,所以高生物量植物用来治理土壤重金属污染引起广泛关注。生物质高粱(Sorghum dochna(Forssk.)Snowden)是一种粮食作物,可用于生物燃料生产,和其他高粱品种相比具有高杆、茎粗和高生物量等特征。重金属ATP酶(HMA)是植物体内特异性转运重金属离子蛋白,大量研究表明超富集植物HMA3转运蛋白的高表达响应重金属胁迫,是使其具有超富集能力的主要因素之一。本研究通过对镉胁迫下生物质高粱的生理生化响应和基因克隆、酵母异源表达以及qRT-qPCR等方法探究生物质高粱对镉的生理响应和分子机理。主要的研究结果如下:(1)通过水培实验对生物质高粱幼苗进行不同浓度的Cd胁迫实验结果表明:生物质高粱幼苗对低于30 μmol/L的镉浓度表现为高耐受性,高于该浓度时Cd对生物质高粱产生明显的毒害作用,叶绿素随Cd胁迫浓度的增加表现出负相关;丙二醛(MDA)和可溶性蛋白含量的持续升高表明生物质高粱受到严重的膜脂过氧化和膜损伤。超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)对Cd胁迫积极响应,但在高浓度Cd胁迫时活性显著下降。(2)通过克隆目的基因并对其进行生物信息学分析得到:SoHMA3基因序列全长3179 bp,编码877个氨基酸,该蛋白为跨膜蛋白,属于HAD超家族成员,理论分子量为94.44 kD,理论等电点为6.4,对该氨基酸序列进行聚类分析表明,其与甜高粱和玉米的同源性最高,而与烟草和东南景天的同源性最低;此外,SoHMA3在酵母中异源表达增加了酵母对镉的耐受性和抗性。(3)通过qRT-PCR分析了SoHMA3基因在不同镉胁迫时间和浓度的表达量差异表明:SoHMA3基因在不同时间段和不同组织内均有表达,其中地上部SoHMA3基因随Cd胁迫浓度的增加无显著变化,地下部的表达量随胁迫浓度的增加呈现上升的趋势,但随胁迫时间的延长表达量下降,在30μmol/L镉胁迫下6 h表达量最高。综合表达量的变化趋势,可初步推测该蛋白主要在地下部表达,可能为镉胁迫早期响应性蛋白,参与生物质高粱对镉的解毒过程。