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研究快报:威尼斯手机网站在理解高羊茅重金属耐性方面取得新进展

编辑: 来源: 发布日期:2020-05-10 浏览量:

近日,中南民族大学资源与环境学院环境修复课题组在Journal of Hazardous Materials(2018IF=7.65)在线发表题为Lead-induced oxidative stress triggers rootcell wall remodeling and increases lead absorption through esterification of cell wall polysaccharide的研究论文,论文链接https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121524。该研究为理解高羊茅对铅的耐受机制提供了新的理论依据。

铅(Pb)污染主要来自采矿,矿石冶炼,燃煤等,由于其不可生物降解,在空气、土壤和水资源中广泛传播,造成严重的环境问题。对于生命体而言,Pb是非必需的元素,且具有很强的毒性。铅污染的土壤会影响农产品的质量和安全,进而危害人类健康并导致严重的社会问题。植物体内的铅可以抑制发芽、生长发育和细胞酶活性,阻断光合作用及DNA合成。为防止铅中毒,植物建立了多重的防御机制,例如将重金属限制在细胞壁(CW)并发展全面的抗氧化系统。

高羊茅(Festuca arundinacea Schreb)对铅表现出显著的耐受性,但是关于其重金属的耐受机制尚不明了。本研究,将相同光照培养条件下培养了2个月的高羊茅转为水培并驯化一周,随后在含Pb2+0, 50, 200 and 1000 mg/L)的溶液中培养14天。分别检测高羊茅体内的活性氧水平、抗氧化酶系统活性和根系结构和组分。

研究表明,高羊茅表现出极高的Pb2+抗性,进而推测高羊茅可能存在特殊的解毒机制。研究结果表明,高羊茅根结构的重构在高羊茅耐受Pb2+毒性中起重要作用。首先,降低根比表面积有助于高羊茅根系与重金属的接触。其次,在Pb2+胁迫下,高羊茅细胞壁成分进行了重构。主要体现在,在果胶、半纤维素1HC1)和半纤维素2HC2)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,并在细胞壁中固定更多的Pb2+此外,课题组应用H2O2处理高羊茅,H2O2处理过的高羊茅其根系结构和组分变化趋势与Pb2+处理下的高羊茅根系结构和组分一致,说明ROSPb2+胁迫诱导的根系结构和组分的重构中起重要的作用。从外源H2O2处理过的高羊茅根中依次提取果胶、HC1HC2。结果显示,外源H2O2处理下的果胶和HC2的羧基含量及其对Pb2+的吸附能力显著提升。即H2O2可以调节果胶和HC2酯化程度,大量低酯化的果胶和HC2提供更多的羧基,提供更多的Pb2+结合位点,进而将更多的Pb2+限制在根中,这有利于增强高羊茅对Pb2+的耐受性。

中南民族大学资源与环境学院2017级硕士研究生张静为该论文第一编辑,陈柯副教授和孙杰教授为通讯编辑。论文合作单位还包括中国科学院武汉植物园、深圳大学化学与环境工程学院、捷克共和国布拉格生命科学大学和中国地质大学(北京)。该研究受到国家自然科学基金项目(415030674160312141807186)、中央高校基本科研业务费专项资金(CZZ19006)的资助。

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