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    研究快報:我院在理解高羊茅重金屬耐性方面取得新進展

    作者: 來源: 發布日期:2020-05-10 瀏覽量:

    近日,中南民族大學資源與環境學院環境修復課題組在Journal of Hazardous Materials(2018IF=7.65)在線發表題為Lead-induced oxidative stress triggers rootcell wall remodeling and increases lead absorption through esterification of cell wall polysaccharide的研究論文,論文鏈接https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121524。該研究為理解高羊茅對鉛的耐受機制提供了新的理論依據。

    鉛(Pb)污染主要來自采礦,礦石冶煉,燃煤等,由于其不可生物降解,在空氣、土壤和水資源中廣泛傳播,造成嚴重的環境問題。對于生命體而言,Pb是非必需的元素,且具有很強的毒性。鉛污染的土壤會影響農產品的質量和安全,進而危害人類健康并導致嚴重的社會問題。植物體內的鉛可以抑制發芽、生長發育和細胞酶活性,阻斷光合作用及DNA合成。為防止鉛中毒,植物建立了多重的防御機制,例如將重金屬限制在細胞壁(CW)并發展全面的抗氧化系統。

    高羊茅(Festuca arundinacea Schreb)對鉛表現出顯著的耐受性,但是關于其重金屬的耐受機制尚不明了。本研究,將相同光照培養條件下培養了2個月的高羊茅轉為水培并馴化一周,隨后在含Pb2+0, 50, 200 and 1000 mg/L)的溶液中培養14天。分別檢測高羊茅體內的活性氧水平、抗氧化酶系統活性和根系結構和組分。

    研究表明,高羊茅表現出極高的Pb2+抗性,進而推測高羊茅可能存在特殊的解毒機制。研究結果表明,高羊茅根結構的重構在高羊茅耐受Pb2+毒性中起重要作用。首先,降低根比表面積有助于高羊茅根系與重金屬的接觸。其次,在Pb2+脅迫下,高羊茅細胞壁成分進行了重構。主要體現在,在果膠、半纖維素1HC1)和半纖維素2HC2)中合成了大量的糖醛酸,有助于提高高羊茅根系中的羧基含量,并在細胞壁中固定更多的Pb2+此外,課題組應用H2O2處理高羊茅,H2O2處理過的高羊茅其根系結構和組分變化趨勢與Pb2+處理下的高羊茅根系結構和組分一致,說明ROSPb2+脅迫誘導的根系結構和組分的重構中起重要的作用。從外源H2O2處理過的高羊茅根中依次提取果膠、HC1HC2。結果顯示,外源H2O2處理下的果膠和HC2的羧基含量及其對Pb2+的吸附能力顯著提升。即H2O2可以調節果膠和HC2酯化程度,大量低酯化的果膠和HC2提供更多的羧基,提供更多的Pb2+結合位點,進而將更多的Pb2+限制在根中,這有利于增強高羊茅對Pb2+的耐受性。

    中南民族大學資源與環境學院2017級碩士研究生張靜為該論文第一作者,陳柯副教授和孫杰教授為通訊作者。論文合作單位還包括中國科學院武漢植物園、深圳大學化學與環境工程學院、捷克共和國布拉格生命科學大學和中國地質大學(北京)。該研究受到國家自然科學基金項目(415030674160312141807186)、中央高校基本科研業務費專項資金(CZZ19006)的資助。

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