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武汉植物园在草坪草对重金属的耐受机制研究中取得进展

铅污染主要来自采矿、矿石冶炼、煤炭燃烧等。由于其非生物降解性,在大气、土壤和水资源中广泛传播,造成了严重的环境问题。铅(Pb)是一种非必需的生命元素,具有很强的毒性.铅污染土壤将影响农产品的质量和安全,危害人类健康,导致严重的社会问题。植物中的铅可以抑制植物的萌发、生长发育和细胞酶活性,抑制光合作用和DNA合成。为了防止铅中毒,植物已经建立了多种防御机制,例如限制重金属进入细胞壁,开发全面的抗氧化系统。

高羊茅作为寒季草坪的优势种,具有较强的耐铅性,但耐重金属的机制尚不清楚。武汉植物园草坪草和牧草分子育种组与中南民族大学资源与环境学院孙杰教授合作,揭示了高羊茅根系结构重塑对高羊茅抗Pb2+毒性的重要作用。

首先,降低高羊茅根的比表面积有助于高羊茅根与重金属的接触。其次,在Pb2+胁迫下,重建高羊茅细胞壁组分。这主要体现在果胶、半纤维素1(HC1)和半纤维素2(HC2)中大量的醛酸的合成,有利于提高高羊茅根部的羧基含量,并在细胞壁上固定较多的Pb2+。此外,H2O2处理的高羊茅根系结构和组分的变化趋势与Pb2+处理的高羊茅的变化趋势基本一致,表明ROS在Pb2+胁迫诱导的高羊茅根系结构和成分重构中起着重要作用。用外源H2O2处理高羊茅根,提取果胶、HC1和HC2。结果表明,外源H2O2处理果胶和HC2的羧基含量及对Pb2+的吸附量均显著提高。也就是说,H2O2可以调节果胶和HC2的酯化度,大量低酯化果胶和HC2提供更多的羧基,提供更多的Pb2+结合位点,进而限制更多的Pb2+进入根部,有利于提高高羊茅对Pb2+的耐受性。

相关研究成果发表在国际期刊lead-inducedoxidativestresstriggersrootcellwallremodelingandincreasesleadabsorptionthroughesterificationofcellwallpolysaccharide.期刊上,论文链接到https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121524.,由国家自然科学基金和中央院校基础科研经费专项基金资助。

高羊茅对重金属Pb2+耐受性的根细胞壁重塑机理

资料来源:中国科学院武汉植物园,如有侵权行为,请及时与管理员联系删除。

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