芥菜铁蛋白对不同强度磁场的响应及其对多金属污染土壤的植物修复作用

As Ferritin can participate in multi-factor caused stress responses in plants, its biochemical behavior obtained certain attention in the phytoremediation of heavy metal polluted soil by hyperaccumulators. According to previous researches, ferritin, carrying large amounts of bioavailable iron (Fe), is more sensitive to external magnetic field relative to other proteins. However, few studies have addressed the response of ferritin in hyperaccumulators to magnetic field and the effect of the magnetized ferritin on phytoremediation efficiency. Our previous studies indicated that moderate electric or magnetic field significantly increased the biomass production, metal concentrations and toxin decontamination effect of the species and simultaneously alleviated metal leaching risk during the phytoremediation process. It is speculated that ferritin with either electric or magnetic field can improve the tolerance and transpiration rate of plants through maintaining the balance of Fe, activating antioxidases and transferring beneficial elements, and consequently, increase the phytoremediation efficiency. The research group will firstly analyze the biochemical behavior of ferritin in the hyperaccumulator cultivated on metal polluted soil; then, the effects of ferritin under magnetic field with different strengths on the macro and micro indexes of the chosen plant; and finally, the effect of the magnetized ferritin on phytoremediation efficiency. This study can provide theoretical basis for magnetic field assisted phytoremediation and will exploit a new technique for soil remediation.

铁蛋白能参与多因素诱导的植物胁迫反应，其生物化学行为在利用超积累植物修复重金属污染土壤时受到一定重视。既往研究证实，铁蛋白能够储存大量植物可利用铁，对磁场的响应比其他蛋白质更灵敏。超积累植物铁蛋白对磁场的响应及其经磁处理后对植物修复效果的影响机制目前尚不明确。我们的前期研究表明，适度的电场、磁场对植物生物量、重金属含量、土壤去污效果有显著提升，并能有效抑制修复过程中的重金属淋失。由此推测，铁蛋白在电场和磁场作用下，能通过维持铁平衡、激活各类抗氧化酶、传导有益元素以增强植物的耐受力和呼吸作用，达到提升其修复效果的目的。课题组将先分析栽培于重金属污染土壤中超积累植物铁蛋白的生物化学行为；再利用不同强度磁场预处理植物种子及植株，分析铁蛋白对磁场的响应及其对植物宏观和微观指标的影响；最后分析磁场处理后的植物铁蛋白对植物修复效果的影响。研究结果能为磁场辅助植物修复提供理论依据，开拓新的修复方法。

环境问题是制约我国经济发展的主要因素之一。我国土壤无机污染物总超标率达到16.1%，耕地超标率高达19.4%，其中Cd污染加重最为明显。传统土壤修复方法无法胜任以“万平方公里”为单位的超标土壤修复，经传统方法处理的土壤，各项指标虽能达到相关国家标准，但其结构、肥力、生态系统将受到不可逆的损害。植物修复对于处理超大面积轻-中度重金属超标土壤有得天独厚的优势。通过添加螯合剂，接种微生物，基因工程和电场处理等手段，能改善植物修复耗时过长的问题，却也导致了其他风险。.铁蛋白能参与多因素诱导的植物胁迫反应，其生物化学行为在利用超积累植物修复重金属污染土壤时受到一定重视。研究表明，铁蛋白能够储存大量植物可利用铁，对磁场的响应比其他蛋白质更灵敏。我们的研究表明，外部磁场对植物生物量、重金属含量、土壤去污效果有显著提升，并能有效抑制修复过程中的重金属淋失。铁蛋白在电场和磁场作用下，能通过维持铁平衡、激活各类抗氧化酶、传导有益元素以增强植物的耐受力和呼吸作用，达到提升其修复效果的目的。课题组分析了栽培于重金属污染土壤中超积累植物铁蛋白的生物化学行为；利用不同强度磁场处理了植物种子及植株，分析了铁蛋白对磁场的响应及其对植物宏观和微观指标的影响；分析了磁场处理后的植物铁蛋白对植物修复效果的影响。研究结果能为磁场辅助植物修复提供理论依据，开拓新的修复方法。本次研究揭示了磁场强度——植物铁蛋白——植物修复效果之间的关联，但若要将研究成果广泛推广至真实场地，需要进一步研究磁场方向对各项参数的影响，以期利用地磁场促进植物修复效果。.本人及团队还将磁场作用拓展到了其他自然条件如光照和声波对植物修复效果的影响，并在微观层面如细胞、亚细胞、抗氧化酶、氨基酸、叶绿素、铁蛋白揭示了上述自然条件对植物修复效果影响的机理。虽然光照和声波与磁场没有必然联系，但是影响机理可能有共通之处，目前正在建立他们之间的关系，已取得了初步的认识。