NO在高羊茅植物修复镉污染土壤中的作用及其调控机制

Phytoremediation of cadmium-contaminated soil is cost-effective and environmentally friendly. Nevertheless its regulation mechanism of cadmium absorption, transportation and localisation in plants are still not clear, which leads to the low efficiency in practice. Nitric oxide (NO) is an important signaling molecule in plants. The function study of NO in phytoremediation would further our knowledge in phytoextraction mechanism, and improve cadmium hyper-accumulator phytoremediation efficiency. Basing on the selected cadmium hyper-accumulator, tall fescue variety TF314, applicant tries to study how different NO treatments affect tall fescue phytoremediation of cadmium contaminated soil, as well as the migration, distribution and subcellular localization of cadmium in tall fescue. Additionally, low weight molecule organic acids, as the main research object, would be deeply traced to discover the NO regulation role in roots in transcriptomics, metaboliomics and root exudate levels. Combined with the studies of tall fescue absorption and transport characteristics of cadmium, rhizosphere soil physical and chemical properties, and forms of soil cadmium under different NO treatments, the role and regulation mechanism of NO in tall fescue phytoremediation of cadmium contaminated soil would be well investigated. This study will further our knowledge in tall fescue phytoremediation of cadmium contaminated soil, which has important scientific significance and potential application value.

植物修复镉污染土壤是一种绿色、低成本的土壤修复技术，然而植物调控镉吸收、转运及存储的机理机制仍然不明，导致其在实际应用中效率较低。一氧化氮（NO）是植物体内重要的信号分子，研究其在植物提取土壤镉中的作用可加深我们对植物提取机制的认识，进而有助于提高镉超富集植物的土壤修复能力。申请者前期筛选获得了具有镉超富集能力的高羊茅品种TF314，拟在此基础上研究：不同NO处理对高羊茅植物提取土壤镉能力及镉在植株体内迁移分布规律的影响；此外，以小分子有机酸类物质为主要研究对象，探讨NO在转录水平、代谢水平和根系分泌物水平上对根系的调控作用；结合不同NO处理下，高羊茅对镉的吸收特性、根际微域土壤理化性质和镉生物地球化学形态的差异，综合论述NO在高羊茅植物修复镉污染土壤中的作用及其调控机制。本研究将为应用高羊茅植物修复镉污染土壤提供理论依据，具有重要的科学意义和潜在的应用价值。

植物修复镉污染土壤是一种绿色、低成本的土壤修复技术，然而植物调控镉吸收、转运及存储的机理机制仍然不明，导致其在实际应用中效率较低。一氧化氮（NO）是植物体内重要的信号分子，研究其在植物提取土壤镉中的作用可加深我们对植物提取机制的认识，进而有助于提高镉超富集植物的土壤修复能力。. 我们的研究表明外源添加NO能显著增加高羊茅地上和地下部生物量，而去除NO处理则显著降低了高羊茅的生物量。这是因为NO和植物的生长、发育及细胞调控有密切的关系。而采用PAM2500对镉胁迫下高羊茅的OJIP曲线研究则显示，外援添加NO可以显著降低镉离子对高羊茅放氧复合体的损伤，而去除NO处理则加强了这一损伤。此外，课题组运用转录组、代谢组的关联性分析，研究NO调控高羊茅Cd吸收、转运的机制。NO可以通过调控反式肉桂酸、L-天冬酰胺和L-丙氨酸的生物合成，转移地下部的Cd至地上部，降低Cd的植物毒性。. 针对实验室所获得的相关研究成果，负责人在广西崇左大兴锰矿重金属污染地区开展了植物修复工作。遵循场地选址、样品采集、质地分析、实验室模拟修复、方案设计及优化、场地强化植物修复的技术路线，开展重金属污染土壤的修复工作。场地污染土壤经过8个月的修复后采集土壤样品，测得其总锰、总铬及总镉的含量分别为221±17.2mg/kg、183±9.8mg/kg和0.17±0.01mg/kg，达到修复目的，证实了应用高羊茅进行重金属污染土壤的植物修复工作的可行性，为后续深入研究打下坚实基础。