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本研究以水蓼为研究对象,通过营养液模拟试验,从水蓼个体对锰的生长反应与富集特性,锰在水蓼细胞中的分布与化学形态特征,以及锰胁迫下水蓼的生理生化响应机制三方面,探讨了水蓼吸收和超积累锰的机理,以期为锰毒土壤上的植物遗传改良以及其他超积累植物机理的研究提供一定的理论和科学依据。现将本研究的主要结果总结如下:1.水蓼对Mn具有极强的耐性和超积累能力。水蓼在锰含量达2000 mg·kg-1的铁矿废弃堆积地上生长良好,叶锰含量高达3675.89 mg·kg-1。营养液培养条件下生长48d的水蓼地上部分积累量最高达26.84 mg·plant-1;当Mn供应水平为15000μmol·L-1时,水蓼叶锰含量达到24447.1 mg·kg-1;水蓼生物量随着锰处理浓度的增加而减少,在锰浓度处理≥8000μmol·L-1时,水蓼地上部生物量与对照相比,差异达显著(P=0.05)。2.超积累植物水蓼对锰的吸收和转运与锰供应水平和生长时间密切相关。水蓼根、茎和叶的锰含量基本随着锰供应水平的升高而增加;无论是在低锰(500μmol·L-1)还是高锰(5000μmol·L-1)供应水平下,水蓼根、茎和叶的锰含量均随着生长时间的延长而增加。3.水蓼体内锰的分布特征。在器官水平上,锰主要积累在叶片;在细胞水平上,不同锰浓度处理下,水蓼根细胞壁中的锰含量占总锰的25.36-61.22%;茎中细胞质可溶性部分(95%是液泡)的锰含量占总锰的19.34-58.59%;叶中有58.18-65.64%的锰贮存在液泡中,叶细胞壁中锰含量占总锰的31.73-36.34%,叶细胞器中锰的分配率最少,只占总锰的2.60-5.48%。水蓼茎中可溶性部分的高锰含量有利于锰向地上部转移并积累在叶片中;锰在水蓼叶片非活性代谢部分(细胞壁和液泡)的积累是其解毒耐锰的主要机制之一。4.不同的提取剂对水蓼根、茎、叶的提取结果表明,随着锰处理浓度增加,水蓼根中Mn由水提取态向盐酸提取态和氯化钠提取态转化,说明根细胞壁结合的草酸盐和果胶酸盐或蛋白质结合态的Mn含量随锰处理浓度的增加而增加;在茎中,水提取态锰含量占总锰的34.55-50.26%,且随锰处理的增加其水提取态锰的比例增加,这有利于锰向上运输;水蓼的叶片中,水提取态锰占总锰的38.55-44.19%,盐酸提取态锰占总锰的20.66-28.74%,说明叶片中的锰大部分以水溶性有机盐或草酸锰的形态存在。5.叶绿素分析结果表明,只有在锰浓度处理为8000μmol·L-1时,叶绿素a含量显著降低,而在其它处理条件下,叶绿素a无明显变化,不同Mn处理条件下叶绿素b含量变化都不明显,这与水蓼地上部生物量的结果相一致。6.随着锰处理浓度的升高,水蓼叶片的质膜透性有逐渐增加的趋势但差异不显著(P=0.05) ,这表明锰处理(8000μmol·L-1)下水蓼叶片的细胞膜还没有受到明显伤害;水蓼叶片的可溶性蛋白含量随锰处理浓度不同而变化,说明植物在代谢和结构上发生了调整。7.抗氧化酶分析结果表明,随锰处理浓度的增加,水蓼叶片SOD和POD活性提高,保护酶活性的提高又可清除活性氧自由基,这是水蓼耐高锰和累积锰的一种生理响应机制。