蜈蚣草对土壤砷富集能力的生态型差异及其成因研究

砷超富集植物蜈蚣草应用于污染土壤修复已经显现出显著的环境效益，在应用过程中，来源不同地区的蜈蚣草对砷的富集能力差异较大，影响了植物修复效率。本项目立足于蜈蚣草不同生态型对砷的富集能力差异，分析根际土壤中砷和其他重金属胁迫对不同生态型之间砷富集能力的影响；对比高富集生态型与低富集生态型之间在土壤砷活化、根系主动吸收、根部砷还原、木质部转运和羽叶中砷贮存等砷富集的关键生理过程中的差异，分析原生境土壤酸碱度、硫、钙和磷等元素对关键生理过程的影响，进而从原生境土壤环境角度，探讨同一物种不同生态型之间砷富集能力差异的产生机制，从生态型分化的角度为植物超富集重金属特征的进化原因提供线索。研究结果可指导超富集植物筛选和超富集植物高富集能力生态型筛选方法，为提高植物修复效率提供优良的植物材料。

本项目立足于蜈蚣草不同生态型对砷的富集能力差异，分析自然分布的蜈蚣草生态条件特征，重点阐述生境土壤砷、铅胁迫与高富集能力的关系，生态型之间在根系主动吸收、根部砷还原、向地上部转运和羽叶中砷贮存形态等生理过程中的差异，从土壤胁迫—根部吸收—木质部转运—形态转化—羽叶贮存等关键环节，系统地阐述不同生态型砷富集能力的差异机制。通过对十几种蜈蚣草生态型生长状态和砷富集能力的研究，揭示了不同蜈蚣草生态型之间差异达4.6倍的地上部分砷浓度和差异高达14倍的地上部分砷富集量。生境土壤和富集能力关系研究表明，长期接受土壤高砷胁迫有利于增强蜈蚣草对砷的耐性，而蜈蚣草的砷富集能力反而与土壤砷浓度呈负相关关系。长期接受铅胁迫则有利于蜈蚣草形成铅富集能力。生态型差异的生理机制研究表明，蒸腾作用导致的被动扩散是蜈蚣草吸收砷的一个主要动力，可以通过可控因子钙离子和钾离子的添加来调控蒸腾作用，从而对提高蜈蚣草对砷的富集；蜈蚣草根系对砷的还原是蜈蚣草富集砷的一个重要过程，磷和硫分别在不同的阶段有利于蜈蚣草根系砷的运输和还原；砷在蜈蚣草中最后的储存部位是羽叶，羽叶中As-SH的形成是蜈蚣草主要的解毒方式。这些机制研究也为实践提供了一些参考，通过生态型筛选和对生理机制的外源调控可以大幅度提高利用蜈蚣草进行砷污染土壤修复的效率，为重金属污染土壤植物修复提供理论依据。项目已发表文章7篇，其中SCI收录4篇，CSCD收录1篇，培养博士生3名、硕士生1名。获得广西自然科学二等奖1项。