外源硫调控蜈蚣草砷富集的机理研究

As-hyperaccumulator Pteris vittata and As-tolerant p. ensiformis were chosen to as expermental materials。exogenous sulphur compounds were Screened under solution culture,and the effect of exogenous sulphur on arsenic absorption, transportation, distribution, as well as content of low molecular weight thoils and its rate-limiting enzyme's activity in plants were comparely investigated using Synchrotron radiation X-ray fluorescence spectroscopy (SRXRF), synchrotron radiation X-ray spectroscopy (SRXAS) and MCB fluorescent probe technique under solution culture, Which to clarify the mechanism of arsenic accumulation in P. vittata L under sulfur regulation, and provides a new approach for the study of arsenic-accumulating mechanism in P. vittata L. Based on these results, the effect of sulfur regulation on remediation of arsenic-contaminated soil via P. vittata L using soil culture experiments were ananlyzed, which provided theoretical basis for phytoremediation arsenic-contaminated soils in China.

本项目以课题组已筛选砷超富集植物蜈蚣草和同属的砷耐性植物剑叶凤尾蕨为对象，通过水培实验，筛选对蜈蚣草的生长和砷富集有显著促进效果的硫化合物，在此基础上，利用同步辐射X射线荧光技术（SRXRF）、X射线吸收光谱（SRXAS）和MCB荧光探针技术，对比研究外源硫化合物对植物中砷的吸收、转运和分布的影响；以及植物体内低分子量硫醇及其酶活性对砷富集的影响，阐明外源硫调控对蜈蚣草砷富集的贡献及其作用机理，为蜈蚣草砷的富集机理研究提供新途径；同时，通过土培实验，研究外源硫调控蜈蚣草修复砷污染土壤的模式，为砷污染土壤的植物修复提供理论依据。

利用外源硫强化蜈蚣草修复砷污染土壤具有重要意义。本项目利用砷超富集植物蜈蚣草和剑叶凤尾蕨为对象，利用同步辐射 X 射线荧光技术（SRXRF）、X射线吸收光谱（SRXAS）和MCB荧光探针技术，对比研究外源硫化合物对植物中砷的吸收、转运和分布的影响；以及植物体内低分子量硫醇及其酶活性对砷富集的影响，阐明外源硫调控对蜈蚣草砷富集的贡献及其作用机理；同时研究外源硫调控蜈蚣草修复砷污染土壤的模式。研究结果发现：硫在蜈蚣草的形态转化以及富集、解毒方面起到关键作用。添加外源硫能有效促进蜈蚣草对砷的吸收和转运。砷胁迫能够促进蜈蚣草和凤尾蕨体内硫的同化，硫在蜈蚣草中主要起还原作用，且-SH、GSH在解毒As的过程中起重要作用，而在剑叶凤尾蕨中主要起鳌合作用。砷在蜈蚣草的根部、叶柄至羽叶的运输过程中，其形态在发生改变：根部吸收As5+后，根部以As5+为主，到达木质部的过程中被还原成As3+（部分As5+被螯合成GSH-As）；主叶脉在运输过程中会出现As3+与As5+的转化；在羽片主叶脉中以As5+为主，而叶肉细胞中以As3+为主，羽叶中具有还原并保持As3+的能力。硫的负调控（+BSO）影响了蜈蚣草根部砷的还原，其砷形态几乎全部为As5+，造成了根部砷的积累，减少了地上部砷的富集；硫的正调控（+OAS）导致蜈蚣草的根和羽叶中以As3+为主，根部As3+增加，出现了部分As-S结合态。硫的形态转化影响到砷的形态转化，GSH在砷的形态转化过程中起到重要作用。添加碱性改良剂和含硫化合物可有效调控外源硫对蜈蚣草富集砷的影响，提高蜈蚣草修复砷污染土壤的效率。本项目的成果为蜈蚣草砷的富集机理研究提供新途径，也为砷污染土壤的植物修复提供科学依据。