近日，中南民族大學資源與環(huán)境學院環(huán)境修復課題組在Journal of Hazardous Materials(2018年IF=7.65)在線發(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鉛的耐受機制提供了新的理論依據(jù)。

鉛（Pb）污染主要來自采礦，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，造成嚴重的環(huán)境問題。對于生命體而言，Pb是非必需的元素，且具有很強的毒性。鉛污染的土壤會影響農產品的質量和安全，進而危害人類健康并導致嚴重的社會問題。植物體內的鉛可以抑制發(fā)芽、生長發(fā)育和細胞酶活性，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制，例如將重金屬限制在細胞壁（CW）并發(fā)展全面的抗氧化系統(tǒng)。

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

研究表明，高羊茅表現(xiàn)出極高的Pb²⁺抗性，進而推測高羊茅可能存在特殊的解毒機制。研究結果表明，高羊茅根結構的重構在高羊茅耐受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，高羊茅細胞壁成分進行了重構。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，并在細胞壁中固定更多的Pb²⁺。此外，課題組應用H₂O₂處理高羊茅，H₂O₂處理過的高羊茅其根系結構和組分變化趨勢與Pb²⁺處理下的高羊茅根系結構和組分一致，說明ROS在Pb²⁺脅迫誘導的根系結構和組分的重構中起重要的作用。從外源H₂O₂處理過的高羊茅根中依次提取果膠、HC1和HC2。結果顯示，外源H₂O₂處理下的果膠和HC2的羧基含量及其對Pb²⁺的吸附能力顯著提升。即H₂O₂可以調節(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⁺結合位點，進而將更多的Pb²⁺限制在根中，這有利于增強高羊茅對Pb²⁺的耐受性。

中南民族大學資源與環(huán)境學院2017級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科學院武漢植物園、深圳大學化學與環(huán)境工程學院、捷克共和國布拉格生命科學大學和中國地質大學（北京）。該研究受到國家自然科學基金項目(41503067、41603121、41807186)、中央高校基本科研業(yè)務費專項資金(CZZ19006)的資助。