高羊茅是禾本科多年生地被植物，廣泛用于家庭花園、公共綠地、公園和足球場等。此外，高羊茅具有根系發達、生物量大、耐刈割和土壤適應性強等特點，在水土保持、土壤改良和生物多樣性維護等方面起著重要作用，是國內使用量最大的冷季型草坪草之一。近年來的研究發現，高羊茅能顯著富集重金屬，對重金屬污染土壤具有一定的修復潛力。因此，研究高羊茅對鎘脅迫的響應及其對鎘的吸收、轉運和儲存等生理分子機制，將為重金屬污染土壤的植物修復研究及其應用提供重要理論依據。

進展一：前期研究發現外源添加一氧化氮（NO）供體能夠緩解鎘脅迫對高羊茅的毒害作用，但其潛在的分子生理機制還知之甚少。本研究利用生理生化技術、轉錄組學和代謝組學聯合比較分析揭示了該解毒過程的生理分子機制。研究發現外源施加NO供體（SNP）可有效減少Cd在高羊茅根中的富集，而降低NO含量（c-PTIO + L-NAME）則明顯導致根中Cd含量顯著增加。聯合分析揭示81個差異表達基因和15種差異代謝產物參與NO緩解鎘脅迫的信號通路，主要包括谷胱甘肽代謝、精氨酸和脯氨酸代謝等抗氧化代謝途徑、黃酮和黃酮生物合成和苯丙烷生物合成途徑、ABC轉運蛋白和氮代謝等途徑。研究結果為深入了解NO緩解高羊茅鎘脅迫的分子和代謝機制提供了理論基礎。相關成果以“Comparative transcriptome combined with metabolome analyses revealed key factors involved in nitric oxide (NO)-regulated cadmium stress adaptation in tall fescue”為題發表于國際學術期刊BMC Genomics。（論文鏈接：https://doi.org/10.1186/s12864-020-07017-8）。

進展二：基于課題組前期研究發現，脫落酸（ABA）和水楊酸（SA）的復合處理能大幅提高植物地上部對Cd的富集，本研究在實驗室內利用高羊茅和印度芥菜對Cd污染的土壤開展植物修復，并在植物修復的末端施加為期7天的ABA和SA強化處理。研究發現，與對照相比，額外7天強化處理的高羊茅地上部Cd含量提高了1.97倍，印度芥菜提高了1.70倍，證實了這一強化處理措施的可行性。結果表明，ABA和SA的復合處理能夠誘導植物衰老，進而調控重金屬在修復植物體內的遷移與分布，提高地上部重金屬的含量，而HMA3基因在這一過程中扮演著重要的作用。該研究提出的采用復合信號分子處理，誘導植物衰老，進而提高修復植物地上部重金屬富集的植物修復強化新策略，具有處理時間短，效率高和適應性廣的特點，將為重金屬污染土壤的植物修復研究及其應用提供新方法和新思路。相關研究結果以“Phytohormones-induced senescence efficiently promotes the transport of cadmium from roots into shoots of plants: A novel strategy for strengthening of phytoremediation” 為題發表于國際學術期刊Journal of Hazardous Materials。（論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122080）。

上述研究得到國家自然科學基金（31672482，41503067）項目資助。中國科學院武漢植物園與中南民族大學為論文主要完成單位，中南民族大學資源與環境學院祝慧慧同學為論文第一作者，中國科學院植物種質創新與特色農業重點實驗室草坪草與牧草分子育種學科組陳良研究員為BMC Genomics論文的通訊作者，Journal of Hazardous Materials論文的共同第一作者。

圖 1 NO介導高羊茅應答鎘脅迫的信號途徑