小麦是我国第二大粮食作物,土壤镉污染不仅会影响小麦籽粒镉含量,还会影响小麦生长发育、产量及品质。探明小麦响应镉胁迫生理及分子机制,可为控制小麦籽粒中镉含量、提高小麦产量及品质提供理论参考。本课题以小麦品种济南17为试验材料,通过转录组学和代谢组学数据整合分析的方法,揭示冬小麦镉胁迫响应的关键代谢通路并进行验证,获得的主要结果如下:1.利用转录组学方法研究了镉胁迫对小麦根系基因表达的影响,结果表明,镉胁迫6 h时检测到4003个差异基因,其中上调表达基因2529个,下调表达基因有1474个,差异基因富集在氮代谢、半乳糖代谢、苯丙素的生物合成、ABC转运蛋白、半胱氨酸和甲硫氨酸代谢、谷胱甘肽代谢等代谢通路;镉胁迫24 h时检测到3338个差异基因,其中上调表达基因2265个,下调表达基因1073个,差异基因主要富集在氮代谢、苯丙素的生物合成、谷胱甘肽代谢、细胞色素P450代谢、淀粉和蔗糖代谢、半胱氨酸和甲硫氨酸代谢等代谢通路。2.采用非靶向代谢组学方法研究镉胁迫前后小麦根系代谢物的变化,结果表明,镉胁迫24 h后检测到51种差异代谢物,主要为氨基酸、胺类、生物碱、糖、脂类、有机酸、核苷酸、多元醇等10类。其中水苏糖、蔗糖、苹果酸、鸟氨酸等25种代谢物上调,软脂酸、谷氨酸、核苷类等26种代谢物下调。KEGG分析表明,差异代谢物主要富集在半乳糖代谢、甘油磷脂代谢、氨基酸生物合成、果糖和甘露糖代谢、甘油脂代谢、苯丙烷的生物合成、谷胱甘肽代谢、半胱氨酸和甲硫氨酸代谢等代谢通路。3.转录组学和代谢组学整合分析结果表明,镉胁迫后基因表达及代谢物均产生响应的代谢通路有8个,分别为半乳糖代谢、α-亚麻酸代谢、ABC转运蛋白、甘油脂代谢、苯丙烷生物合成、谷胱甘肽代谢、淀粉和蔗糖代谢、半胱氨酸和甲硫氨酸代谢。采用定量PCR对半乳糖代谢、谷胱甘肽代谢和脂类代谢途径相关基因表达进行进一步验证,结果表明,镉胁迫后半乳糖代谢途径中的SIP基因上调及GLA基因下调是水苏糖含量上升的主要原因;脂类代谢中的LYPLA2、PLA2G基因上调是溶血卵磷脂含量上升的主要原因;谷胱甘肽代谢中的ggt和OXP1基因下调是谷氨酸含量下降的主要原因。这些差异基因和差异代谢物可能对冬小麦对镉耐受起到关键作用。