茉莉酸甲酯强化植物修复TNT的机理研究-以黑麦草为例

The large-scale production and processing of munitions has makes Chinese soil polluted by the compounds 2,4,6-trinitrotoluene (TNT). Because of the serious threat to human health caused by TNT, it is imperative to clean up in soil. As a potential low-cost remediation technique, phytoremediation has been applied in remediation of TNT contaminated soil. However, the efficiency of phytoremediation of TNT is very low as TNT has strong phytotoxicity. As a plant growth regulator, methyl jasmonate (MeJA) can alleviate injury in stress condition by enhance defense enzyme activity or regulate plant metabolism. In our previous study, we found that MeJA could enhancing the phytoremediation efficiency of TNT contaminated soils by perennial ryegrass. However, the mechanisms of MeJA on enhancing tolerance and absorption of TNT in perennial ryegrass are not clear. In order to clarify the mechanism of MeJA in enhancing tolerance and absorption of TNT by perennial ryegrass, mRNA and lncRNA transcription changes、TNT absorption and transformation pathway、exudates secreted by rice root and soil microbial community structure will be studied when exogenous MeJA applicated in perennial ryegrass . Through the above experimental settings，this project try to provide a theoretical basis for the bioremediation of TNT contaminated soil with plant hormones．

军工等工业生产导致我国多地土壤被2,4,6-三硝基甲苯(TNT)污染，进而对国民健康产生严重威胁。植物修复TNT污染土壤具有广泛应用前景，然而TNT的植物毒性严重限制植物修复效率。茉莉酸甲酯（MeJA）可以通过激活植物防御系统或者改变植物生长代谢的方式提高植物的抗逆性。我们前期实验证明外源添加MeJA能够显著提高黑麦草对TNT的耐受性和吸收效率。但是尚不清楚其作用机制是直接通过激活黑麦草防御系统表达还是间接通过影响根系生长或者根系微生物发挥作用。本项目拟从基因组mRNA转录和lncRNA转录调控变化、TNT吸收和转化途径变化、土壤微生物种群构成变化以及根系分泌物变化等方面揭示外源MeJA提高黑麦草耐受和吸收TNT的机制,为实际修复TNT污染提供理论指导。

植物修复TNT污染土壤具有广泛应用前景，然而TNT的植物毒性严重限制植物修复效率。前期实验证明适度添加茉莉酸甲酯（MeJA）可以提高黑麦草对TNT的吸收效率，但是对其作用机制并不清楚。本项目通过盆栽实验筛选MeJA浓度，发现0.1mg/kg添加促进黑麦草吸收TNT的效率最高，我们以此浓度开展后续实验。通过对MeJA处理后黑麦草lncRNA测序，发现差异lncRNA靶基因的功能主要是调控过营养素应答，支链氨基酸分解过程，芳香氨基酸族分解过程，肉桂酸生物合成过程，茉莉酸代谢信号调控等。这强烈暗示MeJA通过调控这些lncRNA及其靶基因强化黑麦草对TNT的吸收。通过检测MeJA添加后TNT在黑麦草体内不同部位的积累情况发现，TNT在黑麦草体内主要富集在根部，且MeJA添加能够促进TNT在根系部位的富集。通过对MeJA处理后黑麦草体内TNT进行分析，发现TNT在黑麦草体内的主要代谢产物为2-amino-4,6-dinitrotoluene (2ADNT) 和 4-amino-2,6-dinitrotoluene (4ADNT)，且MeJA添加能够促进TNT向2ADNT和4ADNT转换。通过对根系形态进行分析表明MeJA处理能够促进黑麦草根系生长。通过对根系抗氧化酶的酶活进行测定发现MeJA处理后能够提高根系超氧化物歧化酶SOD,过氧化物酶POD和过氧化氢酶CAT的酶活性。本项目还完成了MeJA处理后黑麦草根围细菌群落变化情况的测定，在门的水平上，发现绿弯菌门、粘菌门、酸杆菌门、蓝藻门、拟杆菌门差异显著。在属的水平上发现发现伍氏束缚菌、伯克霍尔德氏菌、微蛋白属、红杆菌属、紫单胞菌属、鞘脂单胞菌属、类芽孢杆菌科、马赛菌属、假黄单胞菌、德沃斯氏菌、醋酸杆菌、根瘤菌料差异显著。这表明两组之间微生物种群组成在门和属水平上具有明显差异。由此我们得出结论，土壤中添加低浓度MeJA可能会对土壤微生物种群结构造成一定的影响。