近日，中南民族大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境修復(fù)課題組在Journal of Hazardous Materials(2018年IF=7.65)在線(xiàn)發(fā)表題為“Lead-induced oxidative stress triggers rootcell wall remodeling and increases lead absorption through esterification of cell wall polysaccharide”的研究論文,論文鏈接https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121524。該研究為理解高羊茅對(duì)鉛的耐受機(jī)制提供了新的理論依據(jù)。

鉛（Pb）污染主要來(lái)自采礦，礦石冶煉，燃煤等，由于其不可生物降解，在空氣、土壤和水資源中廣泛傳播，造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。對(duì)于生命體而言，Pb是非必需的元素，且具有很強(qiáng)的毒性。鉛污染的土壤會(huì)影響農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全，進(jìn)而危害人類(lèi)健康并導(dǎo)致嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。植物體內(nèi)的鉛可以抑制發(fā)芽、生長(zhǎng)發(fā)育和細(xì)胞酶活性，阻斷光合作用及DNA合成。為防止鉛中毒，植物建立了多重的防御機(jī)制，例如將重金屬限制在細(xì)胞壁（CW）并發(fā)展全面的抗氧化系統(tǒng)。

高羊茅（Festuca arundinacea Schreb）對(duì)鉛表現(xiàn)出顯著的耐受性，但是關(guān)于其重金屬的耐受機(jī)制尚不明了。本研究，將相同光照培養(yǎng)條件下培養(yǎng)了2個(gè)月的高羊茅轉(zhuǎn)為水培并馴化一周，隨后在含Pb²⁺（0, 50, 200 and 1000 mg/L）的溶液中培養(yǎng)14天。分別檢測(cè)高羊茅體內(nèi)的活性氧水平、抗氧化酶系統(tǒng)活性和根系結(jié)構(gòu)和組分。

研究表明，高羊茅表現(xiàn)出極高的Pb²⁺抗性，進(jìn)而推測(cè)高羊茅可能存在特殊的解毒機(jī)制。研究結(jié)果表明，高羊茅根結(jié)構(gòu)的重構(gòu)在高羊茅耐受Pb²⁺毒性中起重要作用。首先，降低根比表面積有助于高羊茅根系與重金屬的接觸。其次，在Pb²⁺脅迫下，高羊茅細(xì)胞壁成分進(jìn)行了重構(gòu)。主要體現(xiàn)在，在果膠、半纖維素1（HC1）和半纖維素2（HC2）中合成了大量的糖醛酸，有助于提高高羊茅根系中的羧基含量，并在細(xì)胞壁中固定更多的Pb²⁺。此外，課題組應(yīng)用H₂O₂處理高羊茅，H₂O₂處理過(guò)的高羊茅其根系結(jié)構(gòu)和組分變化趨勢(shì)與Pb²⁺處理下的高羊茅根系結(jié)構(gòu)和組分一致，說(shuō)明ROS在Pb²⁺脅迫誘導(dǎo)的根系結(jié)構(gòu)和組分的重構(gòu)中起重要的作用。從外源H₂O₂處理過(guò)的高羊茅根中依次提取果膠、HC1和HC2。結(jié)果顯示，外源H₂O₂處理下的果膠和HC2的羧基含量及其對(duì)Pb²⁺的吸附能力顯著提升。即H₂O₂可以調(diào)節(jié)果膠和HC2酯化程度，大量低酯化的果膠和HC2提供更多的羧基，提供更多的Pb²⁺結(jié)合位點(diǎn)，進(jìn)而將更多的Pb²⁺限制在根中，這有利于增強(qiáng)高羊茅對(duì)Pb²⁺的耐受性。

中南民族大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院2017級(jí)碩士研究生張靜為該論文第一作者，陳柯副教授和孫杰教授為通訊作者。論文合作單位還包括中國(guó)科學(xué)院武漢植物園、深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院、捷克共和國(guó)布拉格生命科學(xué)大學(xué)和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）。該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41503067、41603121、41807186)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金(CZZ19006)的資助。