高羊茅和草地早熟禾对重金属镉的解毒机制比较研究

Based on our pervious results,tall fescue is significantly different from Kentucky bluegrass in cadmium tolerance and the cadmium detoxification mechanism. In this study,the cadmium detoxification mechanism in roots will be analysed by the comperison of root absorption of cadmium from soil,cortex cell wall binding for cadmium via apoplastic pathway,vacuolar compartmentalization of cadmium via symplastic pathway. The cadmium transportation mechanism will be analysed by chelated cadmium forms from the root cortex to stele, from roots to leaves and cadmium upload in leaf vascular bundle. The leaf detoxification mechanism will be analysed by the characteristics of undissolved cadmium phosphates accumulated in the leaves and the exogenous regulations. These three parts will provide a well-explanation of the difference in cadmium tolerance and detoxification between tall fescue and Kentucky bluegrass.

在前期研究的基础上，针对高羊茅和草地早熟禾这两种在耐镉能力和镉解毒机制上存在明显差异的草坪植物，从根系对土壤镉离子的吸收、根皮层细胞壁对质外体途径镉的吸附、皮层细胞原生质体对共质体途径镉的液泡区隔化等方面的比较来解析草坪植物根系对重金属镉的解毒机制；从不同镉螯合形态对镉从根皮层向中柱的转运、根部向地上部分的长途运输、到达叶片维管束后的卸载等方面的比较来解析草坪植物体内重金属镉的转运机理及其调控途径；从叶片中磷酸盐态镉的沉积特征与外源调控等方面的比较来解析草坪植物叶片对镉的解毒机制，结合根部、根部向地上部的转运和叶片等三个部分来全程解析两种草坪植物耐镉能力的差异及其体内对镉的解毒机制。

针对高羊茅和草地早熟禾两种对土壤Cd污染富集能力高、且又存在明显差异的草坪植物，通过植物组织的显微Cd荧光定位观察、根际有机酸分析、外源柠檬酸和螯合剂对Cd的根系吸收、中柱装载、向地上部分转运和富集的调控、叶片中Cd的分配与解毒等方面解析了高羊茅和草地早熟禾对Cd的解毒机制：.（1）两种草坪植物对Cd的高耐性可能与新叶保护机制有关，两种草坪植物均能将大量的Cd分配和富集到枯叶和老叶中，而生长叶和成熟叶中的Cd含量相对较少；而且Cd主要分布在维管束和表皮外层，较少进入叶肉组织，避免了Cd对叶片功能组织的毒害。.（2）高羊茅和草地早熟禾在对Cd的吸收、转运、富集方面的存在明显的差异。高羊茅的根际以苹果酸为主，吸收的Cd在根组织中分布较均匀，主要以果胶和蛋白结合态存在，装载进入中柱的Cd相对较少，向地上部分转运的Cd也少；叶片中的Cd主要在分布维管束和表皮中，叶肉中的Cd较少；而草地早熟禾的根际有机酸种类多，根组织中的Cd主要以有机酸结合态存在，较多的Cd通过共质体途径装载进入中柱，并向地上部分转运；虽然草地早熟禾叶片中的Cd主要分布在叶脉和叶缘处，但叶肉中的Cd荧光明显强于高羊茅，较多的Cd转运到叶片和较多Cd进入叶肉组织可能是其耐Cd能力比高羊茅差的原因。.（3）外源柠檬酸对高羊茅和草地早熟禾的调控效果不同，柠檬酸能够显著提高高羊茅根际酸溶态Cd的浓度，促进根系对土壤Cd的吸收，显著提高根组织中有机酸结合态Cd的比例，促进Cd向中柱的装载和向地上部分的转运，叶片中的Cd富集量提高了2.3倍；但柠檬酸对草地早熟禾没有明显的调控效果。NTA能够有效促进高羊茅地上部分的Cd向枯叶和老叶中转运，但对草地早熟禾没有明显的调控效果。EDTA能够有效促进两种草坪植物对Cd的吸收、转运和地上部分的富集，提高Cd污染的修复效率。.上述研究结果已发表SCIE收录论文7篇（累计影响因子＞28），为Cd污染土壤的草坪植物修复技术打下了坚实的理论基础。