砷盐工程菌（PSQ）调控超积累植物（Pteris vittata L.）富集效率的分子机理

Heavy metals bioremediation carried by hyperaccumulation plants is a hot research area in current polluted soil remediation systems. So far, more than 700 species of hyperaccumulation plants have been reported, some of them presented valuable prospects in engineering application. Mechanisms studies reveal that the difference of inner structure is not the key point of hyperaccumulation to heavy metals, but the various micro-ecosystem in rhizosphere act more, such as the ionic、kinds and concentration of acid material,will decide the trends of heavy metals flow between root and soil- - absoption from soil to root or relaese from root to soil, so, regulate the rhizosphere surroundings to ensure the right flow from soil to root to be very important.This project will try to test a new way to regulate the rhizosphere micro-system via genetic modified strain with cloned arsenic regulate genes, to promote the right way of arsenite or arsenate flow from soil to root, to enhance the remediation efficient,and futher mechanisms need to be studied, the result will suggest a new concept of bioremediation mechanism and provide a new reference for soil remedistion.

超积累植物对重金属污染土壤的修复是当今土壤污染修复领域的热点。迄今为止，全球已报道近700种超积累植物，部分物种还具有较好的修复工程应用前景；关于超积累植物富集重金属的机理研究表明：植物内部结构的差异并不是超积累植物富集的关键，而植物根际的微生态环境（重金属价态、根际酸物质的种类和浓度等）可以决定重金属离子的吸收/释放趋向，即，重金属可以通过根际吸收运输到地上部；也可能通过根际分泌释放回土壤，因此，如何正向调控超积累植物的吸收-运输通道，持续提高植物的富集效率，成为新的研究热点。本项目将重点开展针对性的研究：克隆含砷盐跨膜转移和价态转化基因簇的基因工程菌株PSQ，探索PSQ调控超积累植物蜈蚣草（Pteris vittata L.）砷富集效率的分子机理，从基因工程菌-超积累植物联合修复的角度，为超积累植物的稳定及高效修复提供新的思路，为污染土壤修复机理的研究提供参考。

超积累植物-微生物体系对重金属污染土壤的生物修复是当今土壤污染修复领域的热点，但是对于植物和微生物如何相互影响，以及微生物如何促进植物对重金属吸收的分子机理尚不清楚。本项目中我们构建了 “砷基因工程菌-蜈蚣草植物”和“砷基因工程菌-拟南芥植物”两种体系开展了相关的研究。构建了含有砷跨膜转移/价态转化基因簇的工程菌株PSQ，添加PSQ菌株可促进蜈蚣草植物对砷的去除，可提高去除率、提高转移系数、提高富集系数。土壤中加高浓度砷降低了土壤微生物的多样性，添加 PSQ菌提高了蜈蚣草植物根际区土壤微生物多样性。PSQ菌能显著提高蜈蚣草的抗氧化系统能力。在高浓度砷条件下，添加工程菌株PSQ对于拟南芥植物富集重金属砷提高了59.6%，拟南芥的SOD活性提升了83.6%，提高了拟南芥抗氧化酶的活性,叶片MDA含量降低了56.8%，降低了拟南芥根系分泌有机酸的种类。这些研究为植物-微生物联合修复砷污染土壤的机理解析和应用研究提供了有意义的结果。