目前，重金属污染土壤的植物修复技术受到越来越多的重视，其中重金属对植物的毒性和解毒机理已成为研究的热点问题之一。自1985年植物络合素（PCs）发现以来，PCs对重金属毒害的指示和解毒作用，特别是解毒作用广受关注。本论文在综述PCs的合成及在重金属胁迫中的作用、PCs的测定方法和超积累植物忍耐重金属的生理生化机制前沿领域研究进展的基础上，针对当前国际上PCs作为生物标记物和解毒功能的较大争议，选择了重金属胁迫下PCs的合成及其在超积累植物／富集植物耐性中的作用为研究主题。通过溶液培养和土培盆栽的方式，以我国典型农作物小麦与重金属超积累型／富集型东南景天为供试材料，结合植物生长状况和重金属吸收积累，较全面地评价了重金属胁迫下PCs的合成及其生物学功能。此外，针对谷胱甘肽（GSH）在重金属胁迫中的多功能性（如抗氧化剂、重金属螯合剂、PCs合成的底物和生物标记物等），在研究：PCs的同时考察了GSH的变化规律，探讨了重金属胁迫下GSH发挥的可能作用以及参与植物抵抗重金属胁迫的机制。通过以上研究，对重金属污染尤其复合污染环境的生态风险评价、植物对重金属超量积累／富集和忍耐的生理生化机制的研究以及重金属污染土壤修复效率的评价等方面提供了理论基础和现实的指导意义。本论文的主要结果归纳如下： 通过溶液培养方式，研究了Cd-Zn和Cd-Pb单一和复合污染下小麦体内PCs和GSH的合成。结果表明，小麦体内PCs和GSH对Cd的暴露表现敏感，而对Zn和Pb的暴露几乎没有响应，两者的合成是一快速的响应过程，具有明显的组织特异性，表现为根系>茎>叶片，与重金属在植物体内的积累和分布表现出一致趋势，其诱导水平与重金属的供应浓度、暴露时间紧密相关。小麦体内PCs和GSH的含量与Cd、Cd-Zn和Cd-Pb的生物毒性保持相当好的线性关系，因此PCs和GSH可作为Cd-Zn或Cd-Pb复合污染的早期预警指标。动力学研究表明，Cd-Zn复合暴露对小麦体内PCs的诱导表现出先促进后抑制作用，而Cd-Pb复合暴露对小麦体内PCs的诱导始终表现出促进作用，两种复合暴露均降低小麦体内GSH的合成。因此，在应用PCs和GSH作为生物标记物评价Cd的生物毒性时应充分考虑伴随重金属的种类及其可能的互作效应，以防高估或低估其毒性。 通过溶液培养方式，研究了不同的环境因子对小麦体内Cd的生物毒性和PCs合成的影响。结果表明，有机酸的适量供应降低了Cd的生物可利用性和生物毒性，其中EDTA、DTPA和柠檬酸的影响大。不同水平的pH、钙、磷、硫和镁对营养液中Cd的生物可利用性和生物毒性产生了不同程度的影响，以pH、钙、磷和硫的影响较大，而镁的作用较弱。Cd胁迫下不同的环境因子对小麦体内PCs的合成也产生不同程度的影响，有机酸中以EDTA、DTPA和柠檬酸，无机环境中以pH、钙、磷和硫的影响大，其变化趋势与Cd的生物可利用性和生物毒性保持一致趋势。对不同环境因子的分析表明，Cd胁迫下小麦体内PCs的合成与Cd的存在形态（即游离态）有关，而与Cd总量无关。因此，与植物体内Cd总量相比，细胞水平上PCs的合成更能客观反映Cd的生物可利用性和生物毒性，进一步表明PCs是一种有潜力的分子生物标记物。另外结果还显示，生物体内PCs的合成与硫的供应状况紧密相关。 建立了室温下mBBr柱前衍生反相高效液相色谱-荧光检测测定PCs的方法。该方法具有简便、快速、灵敏度高、重现性好、易于实施、同时测定PCs等多种巯基化合物等优势。 通过溶液培养方式，研究了东南景天体内PCs的合成及其在Cd／Zn／Pb忍耐中的作用。结果表明，东南景天矿山生态型对Cd／Zn／Pb胁迫表现出强的忍耐和积累能力，但在其叶片、茎和根系中均未检出Cys和不同种类的PCs，因此PCs不参与东南景天矿山生态型对Cd／Zn的超量积累以及Pb的富集，表明其体内重金属的解毒可能由其它机制主导。与PCs不同，东南景天矿山生态型叶片、茎和根系GSH随Cd／Zn／Pb暴露浓度或暴露时间的增加而增加，并与重金属的积累和耐性呈一定的正相关关系，推测GSH可能参与东南景天矿山生态型对Cd／Zn／Pb的吸收、运输、超积累／富集和忍耐等多个生理环节，GSH很可能是其体内一种潜在的金属配位体，与Cd／Zn／Pb螯合直接参与重金属的解毒。 与矿山生态型相比，Cd胁迫明显抑制非矿山生态型的生长，同时伴随其体内PCs的大量合成，Cd暴露12h就可检出其体内PCs的合成，并随Cd暴露时间的延长而急剧增加，表明东南景天非矿山生态型体内PCs对Cd暴露非常敏感，因此PCs可作为其体内Cd毒害的早期预警指标。此外，伴随Cd生物毒性的增加非矿山生态型体内GSH也显著增加，表明GSH对Cd的暴露也很敏感。动力学研究表明，Cd暴露的早期非矿山生态型体内PCs的合成伴随GSH的降低，两者之间存在相互消长的关系，暗示Cd暴露的不同时期两者作为生物标记物存在敏感度不同的可能性。 通过土培盆栽方式进一步考察了Cd-Zn和Cd-Pb复合污染下小麦根系中PCs和GSH的合成。小麦根系中PCs和GSH对Cd的暴露敏感，并随Cd浓度（≥1mg／kg）的增加而增加，而对Zn和Pb的暴露响应不敏感。Cd和Zn的复合暴露对小麦根系中PCs和GSH的合成表现出抑制作用，且PCs和GSH的含量与小麦的生长状况基本一致：Cd和Pb的复合暴露对小麦根系中PCs的合成表现出促进作用，且PCs的含量与小麦的生长状况保持一致趋势，但Cd和Pb的复合暴露对小麦根系中GSH的合成表 现出抑制作用。以上结果表明，与GSH相比，PCs是一种更为理想的生化指标用于评价Cd与其它重金属复合污染的联合毒性。由于Cd-Zn和Cd-Pb的共存对PCs的合成产生不同的影响，在应用PCs作为生物标记物评价Cd与其它重金属共存时的生物毒性时应慎重考虑伴随重金属的种类及其相互作用。此外，实验观察到低浓度的单Cd或低浓度的单Cd与Zn/Pb的复合暴露没有影响小麦的生长，但在其根系中却检出PCs，暗示在该污染状况下小麦体内重金属的生物可利用性处于较高水平，对植物的生长可能构成潜在威胁，结果显示，PCs的合成可用于土壤低浓度Cd及其复合污染的预测和生态风险评价。