超富集植物龙葵对镉富集的主要机理

镉是我国东北地区农田土壤主要污染物之一。在利用超富集植物修复污染土壤的同时,采取适当方式种植低积累作物,既能改善土壤质量,又能保证食物安全,并获得相当的经济效益,这种对污染土壤"边修复边生产"技术无疑具有实践意义,由此产生的生态效益和社会效益也是无法估量的。龙葵是新近发现的镉超富集植物,修复潜力很高。又由于其适于东北地区生长,生育期较短,根系分布广,株型紧凑,生物量大，非常适合作为上述技术的修复植物。本项目将重点研究龙葵对镉具有超富集特性的主要机理,内容主要有:(1).植物根系对镉的耐性与富集解毒机制；(2). 植物茎叶等地上器官超富集特性形成的生理生化及分子机理；(3).摘除花序对植物超富集镉的作用机理。利用HPLC-MS、EXAFS、16sRNA、PCR、DGGE等现代分析技术,深入揭示龙葵对镉具有超富集特性的主要机理,为形成较成熟的污染土壤"边修复边生产"技术打下科学基础。

根据研究计划书的研究计划及评审专家的修改意见，已完成全部研究任务， 获得预期研究成果。发表论文17篇，其中SCI收录9篇，EI收录1篇，CSCD收录7篇。获授权发明专利3项，申报发明专利9项。揭示了超富集植物龙葵对镉富集的主要机理，主要结论如下：(1).龙葵根系对镉的耐性与富集解毒机制：土壤盆栽试验条件下, 龙葵地上部镉含量，对镉的耐性、富集系数和转移系数特征均符合超富集植物特征，是镉的超富集植物。茄子是镉的非超富集植物；镉对龙葵根系总长度、总表面积、总体积和根直径平均值产生影响较小，龙葵根形态特征可能是超富集植物耐性较强的一个重要表现；镉污染条件下，龙葵根系活力较大；在龙葵未受镉抑制条件下，龙葵根茎叶相对电导率和MDA含量均较高，这可能是龙葵对镉耐性较强的另一重要根系特征；镉处理对龙葵植物根系分泌物中草酸和酒石酸有一定的诱导作用。（2）.龙葵根茎叶对镉超富集特性形成的生理生化及分子机理：在龙葵根茎叶中, 镉主要以活性较弱的形态存在，这可能是其对镉富集解毒的主要机理之一；龙葵中镉在细胞壁上的分布比例最大，其次是细胞核及核糖体，说明在龙葵中镉更多的是分布在了细胞壁等生物活性较低的区域,这也许是龙葵超富集镉及耐性较强的原因之一；细胞色素P450酶CYP2E1活性变化可能不是植物对镉富集与耐性产生差异的主要原因；龙葵体内的MT含量较高，随着土壤中重金属Cd含量的增大呈先上升后下降趋势,这可能是龙葵超富集镉及对镉具有较强耐性的原因之一；克隆和测序了超富集植物龙葵2与3型MT基因，说明MT含量的提高可能与龙葵超富集镉有关；投加外源还原型谷胱甘肽（GSH）提高了龙葵体内的还原型GSH的含量，生物量，以及对重金属Cd的耐性和富集能力。(3).摘除花序对龙葵超富集镉的作用机理： 镉试验浓度范围内，龙葵摘除花序后，其根茎叶中镉含量均不同程度的增加，其中以低水平镉污染条件下增加的幅度较高；摘除花序后，龙葵根际与非根际的pH、DOC含量变化不大； 摘除花序后，龙葵抗氧化酶系统和非酶系统变化不大。摘除花序后，龙葵各部分镉含量的增加可能是其对镉富集再分配的结果。