植物累积解毒锰的亚细胞机制

植物对重金属的累积解毒与其形态转化和剂量密切相关。而目前对植物体重金属的累积和分子形态研究大多还停留在组织器官水平，其反应的只是平均信息，尚不能从根本上阐明重金属不同形态与累积解毒关系，因此有必要从细胞、亚细胞水平研究重金属分子形态转化规律与毒性效应。重金属富集植物是研究其累积解毒机制的不可多得的材料。本研究拟采用锰富集植物水蓼、杠板归、灰绿藜、菠菜、商陆为研究材料，在前期研究工作的基础上，采用化学分析、凝胶色谱以及先进的同步辐射等多种技术研究手段，以锰的分子形态为突破口，明确锰分子形态与亚细胞累积的关系；揭示锰在植物体内的亚细胞分配和形态转化规律；阐明亚细胞水平锰的分子形态与毒性效应关系。研究结果可丰富植物累积解毒锰的理论，为锰毒土壤上的植物遗传改良以及重金属污染土壤的植物修复提供科学依据。

本项目采用化学分析、凝胶过滤层析、液相色谱以及同步辐射技术等多种研究手段，从器官、组织、细胞不同水平研究了锰在植物的分布特征和结合形态。结果表明，植物对锰的吸收存在主动运输的过程，且与钙离子通道密切相关。叶片是植物累积锰的主要器官；同一叶片内，叶边缘锰含量高于叶中部，叶表皮的锰含量高于叶肉；在细胞水平上锰主要贮存液泡；锰在非代谢活性部分的积累是其解毒的主要机制之一。叶片中的锰以+2为主，草酸锰是其主要形态，锰与草酸结合降低了锰的毒性，锰在叶片液泡中与草酸结合是植物解毒锰的主要机制之一。细胞壁与锰主要以内配层模式相结合，对锰的有较强的结合能力，细胞壁在植物累积解毒锰的过程中起了一定的作用。研究结果可丰富植物累积解毒锰的理论，为锰毒土壤上的植物遗传改良以及重金属污染土壤的植物修复提供科学依据。