昆明植物所在土壤重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)方面取得進(jìn)展

　　土壤污染是全球性的環(huán)境問題，威脅人類健康和影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。2014年發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，我國(guó)土壤總的點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)到16.1%，其中耕地、林地、草地土壤點(diǎn)位超標(biāo)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(diǎn)位超標(biāo)率分別為7.0%、4.8%、2.7%、2.1%、1.6%、1.5%。合理應(yīng)對(duì)耕地重金屬污染是當(dāng)前我國(guó)民生改善急需解決的現(xiàn)實(shí)問題之一。除了控制新的污染源，對(duì)已污染的耕地土壤需要進(jìn)行人為修復(fù)以阻止土壤中的重金屬進(jìn)入地下水或食物鏈。相對(duì)于物理和化學(xué)修復(fù)方法，利用植物吸收和富集重金屬的天然特性發(fā)展起來的植物提取（phytoextraction）技術(shù)具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、綠色等不可替代的優(yōu)點(diǎn)，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(nèi)的許多植物已經(jīng)被用于修復(fù)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(yōu)良的重金屬污染修復(fù)植物資源并解析植物耐受和富集重金屬的潛在機(jī)制對(duì)于通過植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)對(duì)突出的耕地重金屬污染問題具有重要意義。?

　　中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所許建初研究團(tuán)隊(duì)的博士李雄多年來從事植物對(duì)重金屬的響應(yīng)機(jī)制和植物修復(fù)技術(shù)的相關(guān)研究，已取得多項(xiàng)研究成果。2022年，研究團(tuán)隊(duì)在土壤重金屬污染植物修復(fù)資源篩選及植物響應(yīng)重金屬的根際機(jī)理方面取得進(jìn)展。?

　　研究人員在篩選過程中發(fā)現(xiàn)大花金雞菊（Coreopsis grandiflora）對(duì)重金屬Cd具有較強(qiáng)的耐受性，能在20 mg/kg左右的土壤Cd濃度下生長(zhǎng)良好。在5-45 mg/kg的土壤Cd濃度下的地上部分Cd富集系數(shù)（1.09-1.85）和Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（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(fù)。在20 mg/kg土壤Cd脅迫下，大花金雞菊體內(nèi)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(dǎo)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(guān)。多種植物生長(zhǎng)促生微生物類群（Nocardioides,?Flavisolibacter,?Rhizobium,?Achromobacter和Penicillium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(zhǎng)和活力，其中Rhizobium,?Achromobacter和Penicillium等類群可能直接影響植物對(duì)Cd的吸收。此外，Rhizobium和?Penicillium等潛在的解K菌還可能參與了土壤中K的活化，從而調(diào)控植物對(duì)Cd的吸收。該研究從植物生理和根際效應(yīng)方面解析了大花金雞菊耐受和富集Cd的潛在機(jī)制，研究結(jié)果以Physiological and rhizospheric response characteristics to cadmium of a newly identified cadmium accumulator Coreopsis grandiflora Hogg. (Asteraceae)為題，發(fā)表在Ecotoxicology and Environmental Safety上。

　　研究人員通過種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)藥用大黃（Rheum.?officinale）、掌葉大黃（R. palmatum）和雞爪大黃（R.?tanguticum）對(duì)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(fù)合污染的土壤中能正常生長(zhǎng)。然而，富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)表明3種大黃對(duì)Cd有較強(qiáng)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力，但對(duì)Pb的吸收能力弱，說明3種植物對(duì)Cd和Pb具有不同的應(yīng)對(duì)策略，在修復(fù)土壤Cd污染方面具有一定潛力。相對(duì)于未種植植物的土壤，3種大黃根際土壤的理化性質(zhì)變化相似，但是3種大黃各自募集了一些不同的根際細(xì)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(zhǎng)促生菌可能促進(jìn)了它們?cè)贑d/Pb脅迫下的生長(zhǎng)和活力，一些根際細(xì)菌可能直接影響植物對(duì)Cd和Pb的吸收。該研究促進(jìn)了對(duì)同屬植物響應(yīng)重金屬特性異同的理解，研究結(jié)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(fā)表在Chemosphere上。

　　上述研究為修復(fù)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(yīng)重金屬污染土壤的根際機(jī)理。研究工作得到中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

圖1.大花金雞菊對(duì)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(xì)菌群落多樣性組成