超积累植物液泡对镉的区隔机理研究

植物超积累镉相关机制的深入研究，可促进新植物营养理论的发展，有助于修复日益严重的镉污染土壤。本项目以我国原生镉超积累植物东南景天为研究材料，在明确"液泡是东南景天体内镉的主要区隔场所"的基础上，拟通过放射性同位素示踪和膜片钳技术分析东南景天中镉跨液泡膜转运特点及影响因素，采用双向差异凝胶电泳蛋白组学法获取液泡膜特异蛋白表达信息，综合运用XAS、HPLC-ICP-MS等研究手段鉴定液泡内镉的赋存形态，从而剖析超积累植物东南景天中液泡对镉的区隔作用机理，从亚细胞水平上揭示植物超积累镉的稳态平衡网络调控机制，同时为深入研究植物镉积累作用的分子机理、提高镉污染土壤植物修复效率提供科学依据。

镉等重金属污染是我国当前社会的主要环境污染问题之一。植物修复是一项具有广阔应用前景的重金属污染土壤治理技术，对植物重金属超积累特征和机理的深入研究是改良与优化该技术的理论基础。本项目以我国原生锌镉超积累植物东南景天为研究材料，重点围绕“东南景天体内重金属的液泡区隔作用机理及其转运规律”展开研究，首先采用XAS、LA-ICP-MS、荧光定位染色等技术在明确超积累植物东南景天中液泡作为镉主要区隔位点的基础上，阐明了液泡内有机酸的螯合作用是镉的主要解毒机制，并通过放射性同位素示踪等技术证实了在东南景天中有机酸参与了镉的超积累过程；在此基础上，采用同步辐射XRF、现代分子生物学等技术进一步明确了钙镉交互作用在东南景天镉的吸收、转运与解毒过程中的重要调控作用；创建并完善了基于同位素示踪与金属组分析技术相结合，研究金属离子在植物体内区隔化规律的技术体系，并首次发现在超积累植物中重金属超积累特性与其强大的韧皮部再转运能力相关。上述研究结果为进一步深入研究植物镉积累作用的分子机理、提高镉污染土壤植物修复效率提供了科学依据。基于本项目研究创建并完善的同位素示踪与金属组分析联用技术也为在细胞水平与亚细胞上阐明植物对金属离子的吸收与转运机理提供了可靠的技术支撑。本项目研究结果共产出10余篇高质量学术论文，已在Plant Physiology、New Phytologist等国际高水平刊物发表SCI期刊论文7篇，影响因子合计27，另已投稿SCI论文3篇，申请国家发明专利1项，获2012年浙江省自然科学学术奖二等奖1项。