镉是环境中迁移性和毒性最强的重金属元素之一。烟草是一种富集和转运镉能力较强的经济作物，对于Cd对烟草的毒害已有研究，但对不同品种烟草对镉胁迫的生理生化响应差异研究较为缺乏，对产生差异的关键调控机制仍不清楚。本研究以镉耐性不同的烟草品种Nicotina tabacum L．var．Xanthi和Nicotina tabacum L．vat．Guiyanll为材料，研究Cd对不同品种烟草植株生长、积累和运输的差异，对营养元素运输和分布的差异，探讨不同品种烟草植株应答环境镉胁迫的生理学差异的机制；通过对不同品种烟草根和地上部的镉亚细胞分布差异，研究烟草细胞区室化机制；通过对烟草根尖基因表达谱变化的测定，研究烟草应答镉胁迫可能的生理代谢途径及其调控机理，为探索植物对Cd抗性的生理和分子机制提供参考，对土壤镉污染修复具有重要意义。研究表明：两个品种烟草生长对镉胁迫的反应不同，Xanthi的生长对Cd的反应有明显的剂量效应，较强的耐受Cd胁迫能力，而Cd却抑制Guiyanll生长，说明Xanthi对Cd的忍耐能力较Guiyanll强；不论是Xanthi还是Guiyanll，也不论是促进还是抑制，根的表现均较地上部明显，可以得出根是反应相对敏感的部位。不同品种烟草对镉的富集及转运差异研究表明，根有积累Cd并阻止向地上部运输的忍耐能力，这种组织区域化的忍耐机制，Xanthi表现更为突出；随Cd胁迫的加强，两品种根含Cd量均增加，但Xanthi增加的幅度高于Guiyanll，说明Xanthi单位重量的Cd积累更强；烟草地上部Cd含量基因型间存在极显著差异，Xanthi的含Cd量显著高于Guiyanll，而根部Cd含量基因型间差异不显著。随着Cd处理浓度加大，两个品种烟草镉的转运率降低，Xanthi根的区域化表现较Guiyanll明显，这也许是Xanthi能够忍耐更高浓度的Cd胁迫的原因之一。Cd能够抑制Xanthi的伤流量，降低木质部的运输速率，而贵烟提高11号的运输速率。随着Cd处理浓度的增加，Xanthi和Guiyanll的伤流液中Cd运输量是逐渐增加的，相对于对照来说，Guiyanll向地上部运输Cd的速率大于Xanthi。Cd处理对两品种的Ca、Mg的运输均有抑制作用，低浓度Cd对Xanthi中K的运输有促进作用，而高浓度Cd对K的运输有抑制作用，Cd胁迫对K、Ca、Mg的运输的影响品种间均存在显著或极显著差异。镉对不同品种烟草营养元素分布的影响研究表明，在Cd影响下烟草对常量元素、微量元素的分布出现变化，且两品种表现不同。低剂量Cd促进两品种烟草根部S含量显著增加，可能是植物缓解Cd毒害的重要方式之一；Cd通过对不同品种烟草体内微量元素分布的影响，阻碍体内正常生理活动进行，进而影响生长发育。镉对不同品种烟草DNA的损伤研究表明，烟草DNA提取后的颜色是随着处理时间的延长而逐渐加深的，从白色-棕色-深棕色-黑色，Guiyanll对Cd更加敏感，受Cd的毒害更严重；25μmol／L Cd²⁺的胁迫能损伤烟草根尖DNA，随处理时间的延长DNA不断降解，且处理时间越长，降解程度越大，降解的片断越小。两品种在25μmol／LCd²⁺处理时间72h后的降解程度最为明显；不同Cd处理浓度对烟草DNA的影响不同，Cd处理浓度越大，降解的程度就越大。不同品种烟草叶片抗氧化酶系统对镉胁迫的响应研究表明，随着土壤Cd浓度的增加，两品种叶中的MDA变化趋势一致，均是先增加后降低，但Xanthi MDA含量高于Guiyanll，两品种存在极显著差异；Cd胁迫两烟草品种的SOD变化有极显著差异，Xanthi的SOD酶活性较高，说明Xanthi能够维持较高的SOD活性；两品种的POD变化也有明显差异，高浓度Cd长期处理能够让Xanthi维持更高的POD活性，而Guiyanll的POD活性则是随Cd浓度的增加而降低的，这也许是Xanthi耐Cd的又一个重要生理机制；Cd对CAT变化两品种间也具有显著差异，低Cd处理均使两品种烟草的CAT活性降低，但高Cd胁迫下，Xanthi的CAT活性陡增，而Guiyanll却在继续下降，说明CAT也是Xanthi镉的重要生理机制之一。综合SOD、POD、CAT三种酶活性来看，在低土壤Cd浓度长期胁迫下，SOD在Xanthi和Guiyanll的抗氧化系统中扮演重要角色，但在高土壤Cd浓度长期胁迫下，POD和CAT在Xanthi在抗氧化系统中具有至关重要的作用，且这种作用很可能是Xanthi耐镉的重要生理机制，而Guiyanll的POD和CAT表现均不明显。镉对不同品种烟草蛋白质的影响研究表明，两品种叶片中可溶性蛋白品种间差异不显著，Guiyanll变化不大，而Xanthi在3mg／KgCd时显著下降，在10mg／KgCd时浓度上升，并超过对照，有可能是不溶的大分子的蛋白质分解为可溶的蛋白质而得，表明Cd对烟草蛋白质的影响是很复杂的，跟处理浓度和烟草品种有关。比较此两种品种，Xanthi的解毒能力更强。两烟草叶片的蛋白质谱带均有变化且变化不同，镉胁迫下Xanthi根蛋白质电泳图中蛋白质带谱主要是弱化和缺失，新增蛋白质几乎没有观察到，在Guiyanll的蛋白质电泳图中，在低Cd处理下(5μmol／L Cd²⁺)就发生了蛋白质的新增（120KD）和缺失（50KD），说明Guiyanll根部比Xanthi的反应更明显。Cd能够诱导烟草新蛋白的生成和某些蛋白质的缺失和弱化，新的蛋白很可能与Cd结合起到缓解Cd毒害的作用。在亚细胞分布中，细胞壁是主要的Cd分布的场所，且Xanthi细胞壁对Cd的阻隔作用比Guiyanll强，能有效阻止Cd对细胞器的破坏，Xanthi细胞区室化机制体现更明显。除细胞壁对Cd的阻隔作用外，在根中Cd主要分布在细胞器中，而叶片主要集中于可溶部分，且两品种烟草表现不同。Cd在Xanthi叶片中细胞器和可溶部分的比例相当，而Cd在Guiyanll叶片中可溶部分占的比例相对较大，是细胞中除细胞器外的主要Cd分布区域。而可溶部分主要来自于细胞质和液泡，说明在Guiyanll叶片中，液泡是Cd亚细胞分布中除细胞壁外的重要场所。