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      1. 首頁 >  王珞丹 >  昆明植物所在土壤重金屬污染植物修復技術方面取得進展

      昆明植物所在土壤重金屬污染植物修復技術方面取得進展

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        土壤污染是全球性的環境問題,威脅人類健康和影響社會經濟的可持續發展。2014年發布的全國土壤污染狀況調查公報顯示,我國土壤總的點位超標率達到16.1%,其中耕地、林地、草地土壤點位超標率分別為19.4%、10.0%、10.4%。從污染物來看,鎘(Cd)、鎳(Ni)、砷(As)、銅(Cu)、汞(Hg)、鉛(Pb)等重(類)金屬污染物的點位超標率分別為7.0%、4.8%、2.7%、2.1%、1.6%、1.5%。合理應對耕地重金屬污染是當前我國民生改善急需解決的現實問題之一。除了控制新的污染源,對已污染的耕地土壤需要進行人為修復以阻止土壤中的重金屬進入地下水或食物鏈。相對于物理和化學修復方法,利用植物吸收和富集重金屬的天然特性發展起來的植物提?。╬hytoextraction)技術具有簡單、經濟、綠色等不可替代的優點,是去除土壤中重金屬的有效方法。目前,包括重金屬超富集植物(hyperaccumulator)在內的許多植物已經被用于修復重金屬污染土壤的研究或工程中,但是植物提取的效率仍受制于多種因素。因此,選育優良的重金屬污染修復植物資源并解析植物耐受和富集重金屬的潛在機制對于通過植物修復技術應對突出的耕地重金屬污染問題具有重要意義。 

        中國科學院昆明植物研究所許建初研究團隊的博士李雄多年來從事植物對重金屬的響應機制和植物修復技術的相關研究,已取得多項研究成果。2022年,研究團隊在土壤重金屬污染植物修復資源篩選及植物響應重金屬的根際機理方面取得進展。 

        研究人員在篩選過程中發現大花金雞菊(Coreopsis grandiflora)對重金屬Cd具有較強的耐受性,能在20 mg/kg左右的土壤Cd濃度下生長良好。在5-45 mg/kg的土壤Cd濃度下的地上部分Cd富集系數(1.09-1.85)和Cd轉運系數(0.46-0.97)表明大花金雞菊是一種Cd富集型植物(圖1),可以考慮用于土壤Cd污染的植物修復。在20 mg/kg土壤Cd脅迫下,大花金雞菊體內的抗氧化酶(比如SOD、POD和CAT)和多種游離氨基酸(包括Pro、His和Met等)被顯著誘導參與Cd解毒。在植物根際,多種微生物類群的豐度在Cd污染下顯著改變,這種變化和土壤pH、Cd或有效鉀(K)濃度緊密相關。多種植物生長促生微生物類群(NocardioidesFlavisolibacterRhizobiumAchromobacterPenicillium等)在Cd脅迫下顯著富集,這些微生物類群可能有助于維持Cd脅迫下大花金雞菊的生長和活力,其中RhizobiumAchromobacterPenicillium等類群可能直接影響植物對Cd的吸收。此外,Rhizobium Penicillium等潛在的解K菌還可能參與了土壤中K的活化,從而調控植物對Cd的吸收。該研究從植物生理和根際效應方面解析了大花金雞菊耐受和富集Cd的潛在機制,研究結果以Physiological and rhizospheric response characteristics to cadmium of a newly identified cadmium accumulator Coreopsis grandiflora Hogg. (Asteraceae)為題,發表在Ecotoxicology and Environmental Safety上。

        研究人員通過種子萌發實驗發現藥用大黃(Rheum. officinale)、掌葉大黃(R. palmatum)和雞爪大黃(R. tanguticum)對重金屬Cd和Pb都具有一定耐受性,與之相符的是3種大黃在Cd/Pb復合污染的土壤中能正常生長。然而,富集系數和轉運系數表明3種大黃對Cd有較強的吸收和轉運能力,但對Pb的吸收能力弱,說明3種植物對Cd和Pb具有不同的應對策略,在修復土壤Cd污染方面具有一定潛力。相對于未種植植物的土壤,3種大黃根際土壤的理化性質變化相似,但是3種大黃各自募集了一些不同的根際細菌(圖2),這可能是由它們不同的根系特征決定的。3種大黃根際各自募集的不同植物生長促生菌可能促進了它們在Cd/Pb脅迫下的生長和活力,一些根際細菌可能直接影響植物對Cd和Pb的吸收。該研究促進了對同屬植物響應重金屬特性異同的理解,研究結果以Phytoremediation potential evaluation of three rhubarb species and comparative analysis of their rhizosphere characteristics in a Cd- and Pb-contaminated soil為題,發表在Chemosphere上。

        上述研究為修復土壤重金屬污染篩選到新的植物資源,并有助于理解植物適應重金屬污染土壤的根際機理。研究工作得到中科院青年創新促進會和國家自然科學基金的支持。

      圖1.大花金雞菊對Cd的耐受和富集特征 

      圖2.未種植植物的土壤(BRS)和3種大黃根際土壤(ROS、RPS和RTS)中細菌群落多樣性組成

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