超積累植物東南景天根際鋅形態分布特徵與轉化機制

《超積累植物東南景天根際鋅形態分布特徵與轉化機制》是依託浙江大學，由楊肖娥擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超積累植物東南景天根際鋅形態分布特徵與轉化機制
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：楊肖娥
• 項目類別：面上項目

項目摘要

立足於國際環境生態化學發展前沿，從污染環境生物修復國際研究新熱點入手，以我國原生的鋅超積累植物東南景天生態型和非超積累生態型為研究材料，套用同步輻射X-射線螢光分析（SRXRF）、Micro-XAS、EXFAS，HPLC-MS-MS,PCR-DGGE, GFP標記、雷射共聚焦顯微技術（Confocal）、螢光探針技術, 微生物生態學等系列新技術，深入研究超積累植物東南景天不同根系類型及部位對鋅的吸收特點與根際微區中鋅原位分布及分子形態特徵；超積累植物根系分泌物對根際土壤鋅形態轉化與遷移的影響及機制；超積累植物特異內生微生物對根際微區鋅原位時空分布與形態轉化的影響及其機理。研究成果為重金屬鋅污染土壤生物修復，作物鋅的生物強化，以及為 提高土壤生態系統質量和保障人體健康提供科學依據。

結題摘要

利用高能物理、現代化學與分子生物學等系列技術，研究了超積累與非超積累植物鋅吸收積累的根際化學與微生物學過程，基本完成了項目的原定目標，取得主要結果總結如下：1、內生菌及根際特異微生物對植物鋅等金屬吸收積累的影響及機理。從超積累植物東南景天原生地的植株和根際土壤中分離得到85個重金屬超積累植物內生或根際細菌菌株，分離鑑定到20個屬，28菌種在自由培養條件下表現出ACC脫氨酶活性；利用GFP標記方法研究了典型內生菌在超積累東南景天根部的定植模式。綜合利用二代測序技術平台測定並構建了超積累生態型東南景天地上部的轉錄組序列信息，初步探明硫代謝是植物積累重金屬的關鍵過程，利用內生菌處理研究表明，在Cd脅迫下，內生菌能夠調節植物硫代謝途徑，提高相關基因表達水平。有關內生菌促進重金屬吸收積累機制值得進一步研究。2、鋅超積累根系分泌物特點及對金屬形態與生物有效性的影響機理。探清了超積累植物在鋅處理下根系分泌物組成特點，酒石酸、乙酸、γ-氨基丁酸，以及戊二酸和檸檬酸分泌量隨著鋅處理濃度的增高而逐漸減少，草酸和蘋果酸受鋅濃度變化影響不明顯。接種內生菌SaMR12，東南景天根系草酸的分泌量顯著增加，提高了40.2-102.6%，在500 μM Zn處理時草酸的分泌量比對照提高4倍。用模式植物水稻研究發現根系鋅的吸收的受高親和與低親和兩個系統調控，且根際鋅形態分布特點與鋅高效吸收密切相關，但鋅超積累植物是否存在相似機理正在進一步研究。3、重金屬在植物根土界面中分布及形態特徵研究。探明了模式植物水稻研究鋅原位分布特點及遷移轉化規律，結果表明，低強度的鋅出現在根際附近，而高強度的鋅出現在非根際土。同步福射原位分析研究表明，接種SaMR12後根系及根際土壤的鋅強度增加，根際土壤鋅的濃度比對照根際區的鋅濃度高出多倍；根系中鋅強度顯著高於對照區的根系鋅強度。利用根箱技術研究超積累植物根際重金屬分布特點及分級形態，結果表明土壤Cd濃度在根表降低，差異梯度表現離根表5 cm＞4 cm＞3 cm＞2 cm＞1 cm，表明東南景天根系對土壤重金屬具有明顯耗竭作用。重金屬形態在根際不同距離土壤變化較大，根土界面中可交換態，碳酸鹽結合態含量較高。不同根系鋅原位時空分布與賦存形態特徵仍在深入分析之中。項目研究已形成SCI論文10篇，其中7篇已發表，3篇投稿待發表。本項目研究已培養博士生6名，碩士1名。