研究進展

    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，造成嚴重的環境問題。對于生命體而言，鉛（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芽、生長發育和細胞酶活性，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）并發展全面的抗氧化系統。 

    高羊茅，作為冷季型草坪草的當家草種，對鉛表現出較強的耐受性，但是關于其對重金屬的耐受機制尚不明了。武漢植物園草坪草與牧草分子育種學科組與中南民族大學資源與環境學院孫杰教授課題組合作，揭示高羊茅根系結構重構在高羊茅耐受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， 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⁺限制在根部，這有利于增強高羊茅對Pb²⁺的耐受性。 

　　相關研究成果以“Lead-induced oxidative stress triggers root cell wall remodeling and increases lead absorption through esterification of cell wall polysaccharide” 為題發表在國際期刊Journal of Hazardous Materials 上。論文鏈接https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121524。該研究受到國家自然科學基金項目和中央高校基本科研業務費專項資金的資助。 

根系細胞壁組分重塑在高羊茅耐受重金屬Pb²⁺中的作用機制