盐肤木(Rhus chinensis Mill)根系分泌物对铅的活化、吸收机制研究

Heavy metal pollution is a widespread and important environmental concern. Phytoremediation is promising due to its low implementation costs and significant environmental benefits. Rhus chinensis Mill have been proposed both for stabilisation and removal of metals from contaminated soils as they are fast to propagate, achieve high annual biomass production and generally possess a high tolerance against metal pollution in our research. R. chinensis have different mechanisms of metal uptake from other woody species. Understanding the mechanisms of metal uptake and accumulation will provide insight into the enhance and improve capacity to remove heavy metal. In this study, we made a further probe into the mechanisms of Pb uptake and tolerance in R.chinensis plants, with the aim to reveal the variety differences in the Pb toxiceffect and Pb chemieal forms and subeellular distribution in Plant, the mechanism of Pb absorption, distribution and accumulation in different Plantorgans, and the role of root exudate in Pb accumulation and the micro distribution of both Pb and other elements in different Plant organs by μ-XRF and μ-XANES. According to the information on the coordination between metals and root exudate, in combination with the uptake capacity in root, the function of root exudate compounds in metal uptake would be predicted.

重金属污染是当今普遍存在并较为严重的环境问题之一，严重威胁着人类的健康,因此重金属污染问题亟待解决。植物在重金属胁迫中，根系是最先感知的器官，其中根系分泌物对植物吸收重金属影响很大。本项目根据前期已有的试验结果，研究土培下两种盐肤木在不同铅浓度处理下根系分泌物的成分和含量的差异性、植物组织中Pb含量和分布特征、土壤根际环境的变化特征以及土壤Pb形态变化，明确根系分泌物、根际环境、与Pb积累的关系，同时明确Pb活化机制。在此基础上通过质谱分析，并利用同步辐射X射线吸收光谱(XAS)技术和同步辐射X射线荧光谱(XRF)技术研究不同有机酸处理后Pb及其它元素在两种盐肤木根系组织的微区分布特征、Pb在亚细胞水平分布和吸收Pb化学结合形态的差异。明确Pb在根系中赋存形态，从而初步阐明盐肤木根系分泌物对Pb的吸收机制。

由冶炼等工业生产，灌溉、施肥等农业活动以及大气沉降等因素引起的重金属铅污染问题已日益受到关注。铅污染场地修复是关系土壤安全生产以及生态恢复的关键举措。植物修复技术是一种新型、经济和绿色的修复技术。盐肤木生长迅速、生物量大、分布范围广、适应能力强，是铅污染土壤修复的良好植物资源。本项目以盐肤木为对象，研究土培下其在不同铅浓度处理下根系分泌物成分和含量的差异、植物组织中铅含量和分布特征、土壤根际环境以及土壤铅形态变化，明确根系分泌物、根际环境、与铅积累的关系。主要研究结果如下：.铅胁迫下，大部分铅主要富集在植物根部。不同处理下，铅转移系数在0.13-0.66之间。盐肤木根系分泌物中的低分子有机酸主要有草酸、苹果酸、丙二酸、甲酸、柠檬酸和丁二酸，其中主要为甲酸和丁二酸。铅胁迫会诱导盐肤木幼苗根系产生苹果酸和柠檬酸，且浓度随着铅浓度增加而增加；高浓度铅处理下柠檬酸浓度显著增加。除甲酸外，其余5种有机酸与植物组织中的铅浓度呈显著正相关，特别是柠檬酸、苹果酸和草酸。试验处理后，土壤中有效态铅含量增加2%-8%；叶片和根部各形态铅主要为醋酸提取态和盐酸提取态，两者合计比例大于50%。这与同步辐射吸收谱数据相似，植物组织中的铅主要以磷酸盐和草酸盐的形态存在。.添加不同浓度的柠檬酸和草酸后，植物生物量增加，叶绿素和类胡萝卜素含量增加，根部和叶片中膜脂过氧化程度减弱，蛋白质合成量增加，各类抗氧化酶活性升高。其中，低浓度的柠檬酸（0.5 mM）和高浓度草酸（1 mM）试验组各指标的变化趋势比其它试验组更为灵敏。外源低浓度柠檬酸和草酸通过酸化使土壤中可交换态、水溶态铅增加，从而在一定程度上促进植物对铅的吸收和转运，转移系数提高36%-130%。同时其与土壤中的铅螯合，在植物体内主要以毒性较低的醋酸提取态和盐酸提取态铅为主。由于柠檬酸对重金属的螯合能力较草酸强，柠檬酸对植物逆境生理伤害的缓解效果比草酸更好。.试验结果表明可以采用向污染土壤中喷施低浓度低分子有机酸的方法促进植物对重金属的吸收和转移，从而提高植物修复的效率。