镉(Cd)是土壤主要重金属污染物之一,具有生物毒性强、迁移性大的特点。其在植物体内积累到一定量后会影响植物的物质积累和能量代谢,从而影响植物的正常生长,甚至会通过食物链影响人类健康。因而治理镉污染是当前重要任务。短尖苔草(Carex brevicuspis)是多年生草本植物,具有生物量大、耐性强等特性,是洞庭湖地区广泛分布的植物,在该地区水土保持中起着重要作用。本研究以纯介孔二氧化硅(MSN,mesoporous silica nanoparticles)和介孔二氧化硅-磷酸钙复合纳米颗粒(MS-CP,mesoporous silica-calcium phosphate)为硅源,短尖苔草为材料,在镉浓度梯度下开展盆栽和水培实验,并对比加硅与不加硅两种条件下植物的表型、生理特征异同,其目的是揭示该植物对镉胁迫响应机理。研究结果如下:(1)MS-CP具有高的比表面积(314.56 m2/g)、大孔容(1.21 cm3/g)和双孔径分布(3.82 nm和12.40 nm)。MS-CP对溶液中的Cd2+具有高效的吸附性能。MS-CP对Cd2+的去除率随着吸附时间和溶液温度的增加而增加,当随着初始Cd2+浓度的增大而减小。当初始Cd2+温度为100-350 mg/L时,可通过增加吸附时间和/或溶液温度能够使MS-CP对溶液中Cd2+的去除率达到100%。对于初始Cd2+浓度为100 mg/L,去除率在0.5 h内可达到100%。当保持吸附时间不变时,初始Cd2+浓度越高,去除率达到100%所需的温度越高。另外,在同样条件下,pH=5的溶液最有利于Cd2+吸附至MS-CP表面。(2)在未加硅处理条件下开展盆栽实验,结果显示随着Cd2+浓度的增加,短尖苔草的叶长、叶宽、根长、根鲜重以及叶鲜重均逐渐增加。在Cd2+浓度由300 mg/L、350 mg/L、450 mg/L、500 mg/L依次逐渐增加时,短尖苔草叶长、叶宽、根长、根重以及叶重均逐渐减小。随着Cd2+浓度的增加,根干重、叶干重也呈降低的趋势;抽穗数、穗长均表现出先增加后下降的趋势;而短尖苔草地上部分、地下部分Cd含量呈现出增加的趋势。(3)在未加硅处理条件下开展盆栽实验,结果显示短尖苔草的叶绿素、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)和脯氨酸的活性在镉胁迫为0 mg/L、100 mg/L、200mg/L时含量逐渐增高。在Cd处理为300 mg/L、350 mg/L、450 mg/L、500 mg/L时,短尖苔草的叶绿素、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)和脯氨酸的活性显著降低。短尖苔草在镉胁迫条件下,体内的MDA、可溶性蛋白质含量都会随着镉浓度的增加,表现出不同程度的上升。(4)在加硅处理条件下开展水培实验并与未加硅处理进行对比,结果显示当镉浓度达到300mg/L时对短尖苔草的叶长的生长显著减少,其长度均要小于对照组。添加MS-CP组短尖苔草叶长生长受到的抑制效果要小于MSN组和不加硅组。其中镉浓度为500mg/L时达到最小,长度比对照组小51.3%。这说明加硅处理明显缓解了镉对短尖苔草生长的抑制作用,提高了镉胁迫下短尖苔草的叶长、株高、根长、干重。