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近日，威尼斯wns8885556资源与环境学院环境修复课题组在Journal of Hazardous Materials(2018年IF=7.65)在线发表题为“Lead-induced oxidative stress triggers rootcell wall remodeling and increases lead absorption through esterification of cell wall polysaccharide”的研究论文,论文链接https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121524。该研究为理解高羊茅对铅的耐受机制提供了新的理论依据。

铅（Pb）污染主要来自采矿，矿石冶炼，燃煤等，由于其不可生物降解，在空气、土壤和水资源中广泛传播，造成严重的环境问题。对于生命体而言，Pb是非必需的元素，且具有很强的毒性。铅污染的土壤会影响农产品的质量和安全，进而危害人类健康并导致严重的社会问题。植物体内的铅可以抑制发芽、生长发育和细胞酶活性，阻断光合作用及DNA合成。为防止铅中毒，植物建立了多重的防御机制，例如将重金属限制在细胞壁（CW）并发展全面的抗氧化系统。

高羊茅（Festuca arundinacea Schreb）对铅表现出显著的耐受性，但是关于其重金属的耐受机制尚不明了。本研究，将相同光照培养条件下培养了2个月的高羊茅转为水培并驯化一周，随后在含Pb²⁺（0, 50, 200 and 1000 mg/L）的溶液中培养14天。分别检测高羊茅体内的活性氧水平、抗氧化酶系统活性和根系结构和组分。

研究表明，高羊茅表现出极高的Pb²⁺抗性，进而推测高羊茅可能存在特殊的解毒机制。研究结果表明，高羊茅根结构的重构在高羊茅耐受Pb²⁺毒性中起重要作用。首先，降低根比表面积有助于高羊茅根系与重金属的接触。其次，在Pb²⁺胁迫下，高羊茅细胞壁成分进行了重构。主要体现在，在果胶、半纤维素1（HC1）和半纤维素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，并在细胞壁中固定更多的Pb²⁺。此外，课题组应用H₂O₂处理高羊茅，H₂O₂处理过的高羊茅其根系结构和组分变化趋势与Pb²⁺处理下的高羊茅根系结构和组分一致，说明ROS在Pb²⁺胁迫诱导的根系结构和组分的重构中起重要的作用。从外源H₂O₂处理过的高羊茅根中依次提取果胶、HC1和HC2。结果显示，外源H₂O₂处理下的果胶和HC2的羧基含量及其对Pb²⁺的吸附能力显著提升。即H₂O₂可以调节果胶和HC2酯化程度，大量低酯化的果胶和HC2提供更多的羧基，提供更多的Pb²⁺结合位点，进而将更多的Pb²⁺限制在根中，这有利于增强高羊茅对Pb²⁺的耐受性。

威尼斯wns8885556资源与环境学院2017级硕士研究生张静为该论文第一作者，陈柯副教授和孙杰教授为通讯作者。论文合作单位还包括中国科学院武汉植物园、深圳大学化学与环境工程学院、捷克共和国布拉格生命科学大学和中国地质大学（北京）。该研究受到国家自然科学基金项目(41503067、41603121、41807186)、中央高校基本科研业务费专项资金(CZZ19006)的资助。