一氧化氮协同螯合剂强化植物修复土壤重金属污染效应和机制研究

In the present study, Medicogo sativa and Bidens pilosa seedlings under cadmium and lead stress will be treated with sodium nitroprusside (SNP, as nitric oxide donor), 2-phenyl-4,4,5,5-tetramethyl-imidazoline-1-oxyl-3-oxyde (cPTIO, as specific NO scavenger), N -nitro-L-arginine (LNNA, as NO synthase inhibitor) and NaN3(as non-specific nitrate reductase inhibitor) by in combination with the biodegradable chelants S,S-ethylenediaminedisuccinic acid (EDDS) and nitrilotriacetic acid (NTA). Through investigating 1) the effects of NO and chelants on soil microbial characteristics, enzyme activities, chemical properties, activation of target heavy metals, 2) the effects of NO and chelants on plant roots, growth, physiological characteristics, 3) the effects of NO and chelants on heavy metals transportation from soil to plant shoots, absorption and accumulation in plants, we aim to demonstrate the effects and mechanisms of NO by in combination with chelating agents in enhancing phytoremediation of heavy metal contaminated soil, to provide a theoretical basis for verifying mechanisms of NO in phytoremediation of heavy metal and accelerating the practical application of phytoremediation technology of heavy metal contaminated soil.

本项目选取s,s-乙二胺二琥珀酸（EDDS）和氨基三乙酸（NTA）两种可生物降解的螯合剂，与一氧化氮（NO）的产生剂（硝谱钠，SNP）、NO的清除剂（N-乙酰半胱氨酸，cPTIO）、一氧化氮合酶（NOS）抑制剂（N-硝基-精氨酸，LNNA）、硝酸还原酶（NR）抑制剂（NaN3）分别联合处理重金属Cd和Pb胁迫下的紫花苜蓿（Medicogo sativa L.）和三叶鬼针草（Bidens pilosa L.）幼苗，通过研究施加NO和不同螯合剂对重金属污染土壤微生物、土壤酶、土壤化学性质的影响及对土壤中目标重金属的活化效果，对植物根系、植物生长、植物生理的影响及重金属从土壤向植物地上部的转运过程、植物对目标重金属的吸收和积累效应的影响，揭示NO和螯合剂联合提高植物修复效率的微观机理，为进一步探明NO在重金属植物修复中的作用机制和加速重金属污染土壤植物修复技术的实际应用提供新的科学依据。

本项目选取可生物降解的螯合剂s,s-乙二胺二琥珀酸（EDDS）与一氧化氮（NO）的产生剂（硝谱钠，SNP）及NO的清除剂（N-乙酰半胱氨酸，cPTIO）分别联合处理Cd污染土壤中的紫花苜蓿（Medicogo sativa）和三叶鬼针草（Bidens pilosa）幼苗，通过研究施加NO和EDDS对Cd污染土壤酶活性和化学性质的影响及对土壤中Cd的活化效果，对植物根系、生长和生理的影响及Cd从土壤向植物地上部的转运、植物对Cd的积累效应的影响，揭示NO和EDDS联合提高植物修复效率的微观机理，为进一步探明NO和EDDS强化Cd污染土壤植物修复的机制和加速Cd污染土壤植物修复技术的实际应用提供新的科学依据。结果表明：适宜浓度的EDDS可促进三叶鬼针草幼苗的生长，增加对Cd的吸收和富集，有利于Cd污染土壤的修复，考虑成本及土壤二次污染，宜选用EDDS浓度为1.5 mM。EDDS与SNP联合处理能显著增强Cd污染土壤中紫花苜蓿和三叶鬼针草幼苗NOS和NR活性，增加NO2-含量，从而促进NO的产生；NO作为信号分子，激活抗氧化系统，增强抗氧化酶活性，促进抗氧化剂及渗透调节物质的产生与积累，从而减少活性氧生成，减缓膜脂过氧化对幼苗的伤害，增强幼苗对Cd毒害的抗性，显著增加叶绿素a和b含量，促进幼苗生长，增加了植物生物量，同时，EDDS与SNP联合处理使土壤酶活性增强、土壤理化性质改善，改变了Cd存在形态，使水溶态和可交换态（F1）、碳酸盐结合态（F2）和铁锰氧化物结合态（F3）Cd含量增加，提高了土壤中Cd的生物可利用性，使紫花苜蓿和三叶鬼针草幼苗地上及地下部分对Cd的积累量增加，土壤中Cd含量降低，提高了对Cd污染土壤的修复效率，而NO清除剂c-PTIO的添加则在一定程度上抵消了这种作用，表明NO和EDDS联合施加能够强化紫花苜蓿和三叶鬼针草幼苗对Cd污染土壤的修复。.项目计划发表1-3篇SCI期刊收录论文和5-7篇核心期刊论文来反映研究成果。截止目前实际发表论文16篇，其中SCI期刊收录论文3篇，CSCD核心期刊论文7篇。项目实施后期取得的实验数据正在处理和撰写论文之中，计划在未来1年内陆续投稿。