土壤重金属污染已成为当前环境科学界关注的重大问题，其中Pb污染受到大家普遍关注。污染土壤的Pb可通过食物链进入人体，严重影响体内新陈代谢，而且人体内的Pb靠自身排除很慢，其损害机体器官的过程不可逆。因此，Pb污染土壤的治理已成为当前亟需解决的重大课题。传统的重金属污染治理多采用客土法、淋溶法和施用化学改良剂等物理化学方法，不仅费用昂贵，只能小面积应用，且容易造成二次污染，不能从根本上解决问题。近年来，人们发现了一些植物对重金属具有特殊的吸收富集能力，利用这类植物修复重金属污染的植物修复技术是一项高效、环保和低廉的治理措施，具有十分广阔的应用前景。重金属污染植物修复技术应用的前提是发现重金属超富集植物，由于Pb具有较高的负电性，易与土壤中的有机质和铁锰氧化物形成共价键，不易被植物吸收，因此，目前国内外发现的Pb超富集植物极少。导师课题组前期研究在国内首次发现了Pb超富集植物—金丝草（Pogonatherum crinitum），可在土壤Pb含量高达17496mg/kg的铅锌矿区正常生长，对Pb有极强的耐性和富集能力，且超过Pb超富集植物的标准。金丝草的这种特性是长期适应Pb胁迫环境的结果，是长期进化过程中形成的特殊适应性，可能存在着特殊的生态学适应意义，蕴藏着需要人们去认识和发掘的形态学和生理学适应机制，但目前有关金丝草对Pb的耐性和富集机制尚不清楚，特别是金丝草适应高浓度铅的可能形态学和生理学途径缺乏足够的了解，很大程度上限制了Pb富集植物在Pb污染土壤治理中的应用。鉴于此，本文根据植物抗逆生理学、生态毒理学、根系生物学的原理和方法，以导师课题组首次发现的Pb超富集植物金丝草为研究对象，以同为禾本科的百喜草（Paspalum natatu）为对照。采用Pb胁迫土培模拟试验，设计同质与异质Pb胁迫装置，利用BTC根系动态监测仪、根系图像分析仪、Lci便携式光合仪、Agilen-t7890N气相色谱仪、SPAD502plus叶绿素仪、OP-30P型便携式叶绿素荧光仪、原子吸收分光光度计等手段，定量研究金丝草对不同浓度Pb胁迫的形态学和生理学过程的响应，比较金丝草和百喜草在Pb胁迫条件下形态学和生理学响应指标的差异，分析Pb胁迫条件下金丝草对Pb的富集及转运能力，揭示金丝草适应环境高浓度Pb的可能形态学和生理学途径，为阐明Pb超富集植物对Pb的耐性和富集机制提供科学依据，对于发掘Pb超富集植物对Pb的富集潜力、加快修复土壤Pb污染具有重要理论和现实意义。论文主要研究结果如下：（1）轻度Pb胁迫(50mg·L^-1和150mg·L^-1)对金丝草种子发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均有一定促进作用，随胁迫浓度的增大，种子萌发的各项指标均受到较大抑制；金丝草种子在Pb胁迫浓度为800mg·L^-1时，仍有一定萌发能力；Pb胁迫对金丝草根长和芽长无显著影响。（2）同质Pb胁迫对金丝草苗高无显著影响。不同Pb胁迫浓度处理下，金丝草苗高和叶最大伸展均表现为7和8月生长较快，10月生长最小；Pb胁迫条件下，金丝草可通过提高根系生物量分配，萌蘖更新速度加快，将Pb转移至体外，实现自身解毒，适应Pb胁迫环境，这是金丝草适应高浓度Pb胁迫的重要机制之一。（3）在异质Pb胁迫初期（30d）金丝草苗高、叶最大伸展和分蘖均受到一定抑制，但随胁迫时间的增加，抑制作用逐渐减小；异质Pb胁迫条件下，金丝草苗高在7月增长最大，10月最小，6月和8月相近；金丝草无Pb左室、Pb胁迫右室及整株的根冠比均表现为先增大后减小。低浓度Pb胁迫条件下，金丝草根系生物量分配较多，而随Pb胁迫浓度的增大，生物量分配更倾向于地上部分。高浓度Pb胁迫条件下，金丝草可通过提高地上部分生物量分配，将土壤中的Pb转移至地上部分；（4）同质Pb胁迫条件下，金丝草根长、表面积均受到一定抑制。随Pb胁迫浓度的增大，总根长和表面积均先增大后减小，总根长在Pb浓度500mg·kg^-1时达最大（621.05cm），根总表面积在Pb浓度2500mg·kg^-1时达最大（20.29cm2）；Pb胁迫对金丝草根平均直径和体积抑制作用不明显；金丝草可通过根的快速伸长，以避让Pb胁迫，从而适应高浓度Pb胁迫环境。（5）不同异质Pb胁迫条件下，金丝草总根长和表面积均表现为无Pb左室大于Pb胁迫右室；在无Pb左室，百喜草根长均大于金丝草，但在Pb胁迫右室，金丝草总根长则大于百喜草；随Pb胁迫浓度的增大，金丝草根表面积和平均直径均表现出逐渐增大的趋势。（6）BTC根系动态监测系统对金丝草根系动态监测表明，同质Pb胁迫条件下，仅在150mg·kg^-1和2500mg·kg^-1处理观测到金丝草根系，根系进入Pb胁迫斑块的概率为28.57%。异质Pb胁迫条件下，仅1000mg·kg^-1处理在9月和10月观测到金丝草根系，根系进入Pb胁迫斑块的概率仅为14.28%，小于同质Pb胁迫处理；在重度Pb胁迫条件下，8月-9月金丝草根表面积和体积增加大于轻度Pb胁迫处理，而根长和平均直径则相反。（7）同质Pb胁迫条件下，金丝草叶片光合速率（Pn）和气孔导度（Gs）在Pb胁迫中期（9月）受到明显抑制作用，但胁迫初期（8月）和末期（10月）抑制不明显，且在Pb胁迫浓度150mg·kg^-1和1500mg·kg^-1处理，在胁迫初期光合速率（Pn）和气孔导度（Gs）加快；随Pb胁迫浓度的增大，金丝草叶片的蒸腾速率（Tr）减小。金丝草可通过提高光合特性，降低蒸腾速率，加快抗逆物质的很成，保证自身生长。（8）异质Pb胁迫条件下，金丝草叶片光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）均受到一定抑制，但除胁迫中期（9月）金丝草光合速率受到明显的抑制外，其他光合特性指标在不同胁迫时期抑制作用均不明显；（9）同质和异质Pb胁迫条件下，随胁迫时间的增加，金丝草叶片光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）均先减小后增大，在中午12时达最大，然后逐渐减小，呈正态分布；胞间CO2浓度（Ci）则表现为先减小后增大，在中午12时最小。（10）同质Pb胁迫条件下，随胁迫时间的增加，金丝草叶片可变荧光Fv和PSⅡ最大光化学效率均先减小后增大，PSⅡ潜在活性则先增大后减小；不同Pb胁迫浓度，不同胁迫时间，金丝草叶片PSⅡ最大光化学效率和PSⅡ潜在活性均大于无Pb对照；Pb胁迫对金丝草叶片荧光特性有一定促进作用。（11）同质和异质Pb胁迫条件下，随胁迫时间的增加，金丝草叶片SPAD值呈逐渐减小的变化规律。随Pb胁迫浓度的增大，金丝草叶片SPAD值呈“W”型的变化规律，但不同Pb胁迫处理金丝草叶片SPAD值均与对照无显著差异（P＜0.05）。Pb胁迫对金丝草叶片SPAD值抑制不明显。（12）轻度Pb胁迫(150mg·kg^-1)对金丝草叶片叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均有一定促进作用，高浓度Pb胁迫对叶绿素b有一定促进作用；随胁迫浓度和时间的增加，Pb胁迫对金丝草叶片叶绿素的抑制作用逐渐增大。（13）同质和异质Pb胁迫条件下，随Pb浓度的增大，金丝草叶片POD、SOD和MDA含量均逐渐增大，金丝草叶片POD、SOD和MDA含量均远大于百喜草，而CAT含量则表现为百喜草大于金丝草。Pb胁迫条件下，金丝草通过提高POD和SOD活性，增大膜脂化反应，以适应Pb胁迫环境，这是金丝草耐Pb的重要生理机制之一；（14）同质Pb胁迫条件下，金丝草根系中含的主要有机酸为草酸、柠檬酸和苹果酸，且随Pb胁迫浓度的增大表现出逐渐增大的趋势；金丝草地上部分含的主要有机酸为草酸；异质Pb胁迫条件下，金丝草根系和地上部分低分子有机酸主要以草酸、丙二酸、苹果酸和柠檬酸为主，还含有少量反丁烯二酸，其中草酸含量最高，其次为苹果酸和柠檬酸。金丝草主要通过草酸的螯合作用，达到对Pb胁迫的解毒。（15）重度Pb胁迫条件下，金丝草地上部分Pb全量显著大于其他处理及无Pb对照（P＜0.05），且含量大于1000mg·kg^-1，达到Pb超富集植物地上部分Pb富集量的标准；转移系数随Pb胁迫浓度的增大，在胁迫浓度2500mg·kg^-1处理为1.153＞1，超过Pb超富集植物转移系数大于1的标准；金丝草对Pb胁迫有较强耐性，而且可将大量土壤中Pb转移到地上部分，达到修复土壤Pb污染的目的；金丝草具有强的转运土壤中Pb的能力，然后通过地上部分的凋落将Pb移出，这是金丝草耐Pb特性的重要机制之一；（16）同质和异质Pb胁迫条件下，不同Pb胁迫处理，金丝草地上部分和根系中Pb均主要以盐酸提取态存在，乙醇提取态和残渣态在低浓度和高浓度Pb胁迫处理间存在一定差异。同质Pb胁迫条件下，金丝草地上部分盐酸提取态Pb占79.04%-94.37%，根系占70.61%-85.92；异质Pb胁迫条件下，金丝草体内残渣态Pb含量所占比例增加，乙醇提取态所占比例减小；Pb胁迫条件下，金丝草体内Pb的迁移能力降低，从而减轻Pb的毒害作用。（17）同质Pb胁迫条件下，随Pb浓度的增大，金丝草凋落体中乙醇提取态和盐酸提取态Pb含量及总Pb含量均先增大后减小，残渣态Pb含量则逐渐增大；异质Pb胁迫条件下，随Pb浓度的增大，金丝草凋落体内乙醇提取态Pb含量先增大后减小，盐酸提取态Pb含量逐渐增大，残渣态出现增大减小的波动；金丝草可通过植物组织的凋亡过程，将体内Pb移出，以达到自我解毒的目的。综上所述，Pb超富集植物金丝草对Pb胁迫的响应表现为多途径的适应机制：首先，在高浓度Pb胁迫条件下金丝草可通过根的快速伸长，寻觅无Pb斑块，避让Pb胁迫，在无法避让时则对Pb产生“滞吸”作用。其次，可通过加快光合速率（Pn）和气孔导度（Gs），降低蒸腾速率（Tr），促进叶绿素合成、提高可变荧光Fv、PSⅡ最大光化学效率和PSⅡ潜在活性，加快金丝草抗逆性物质的合成，提高地上部分生物量分配，将土壤中的Pb转移至地上部分，然后通过加快地上部分的萌蘖更新，借助凋落将Pb移至体外，实现自身解毒；最后，金丝草还可通过提高体内POD和SOD活性，增大膜脂化反应，加快体内草酸、柠檬酸和苹果酸的分泌，螯合进入体内的Pb，将Pb转化为难溶态，减轻Pb胁迫对植物的伤害，以适应Pb胁迫环境。