沈陽生態(tài)所在木本植物毒物興奮效應(yīng)研究上的進(jìn)展
近年來,我國土壤重金屬鎘(Cd)污染問題日益嚴(yán)重。Cd是最毒重金屬元素之一,易被植物吸收,且可通過食物鏈嚴(yán)重威脅人類健康。植物修復(fù)技術(shù)是一種新興的綠色生態(tài)技術(shù),它廣泛利用植物的新陳代謝活動來固定、提取環(huán)境中的污染物質(zhì)。植物修復(fù)技術(shù)的核心是找到超富集植物,但現(xiàn)已知的超富集植物存在生物量低、生長緩慢、地域性較強和修復(fù)時間較長等缺陷,且研究對象多集中于礦區(qū)及草本植物,而對于木本植物的研究甚少。
基于此,在國家科技支撐計劃重點項目支持下,中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所城市生態(tài)組副研究員劉周莉自2005年以來,一直致力于木本植物對重金屬Cd富集潛力及生理響應(yīng)方面的研究。通過室內(nèi)水培與室外土培相結(jié)合的研究方法,經(jīng)篩選研究發(fā)現(xiàn)忍冬(Lonicera japonica Thunb.)在較高濃度的Cd脅迫環(huán)境中,不僅能夠保持正常的生長,其莖和地上部中Cd含量分別達(dá)到344.49 mg kg-1和286.12 mg kg-1,遠(yuǎn)高于Cd超富集植物臨界含量標(biāo)準(zhǔn)(100 mg kg-1),且與一些已發(fā)現(xiàn)的超富集植物相比,在更短的時間內(nèi)根、莖和地上部中能夠積累更多的Cd,由此忍冬被認(rèn)定為一種新的Cd超富集木本植物。
另外,在研究中還發(fā)現(xiàn)低濃度Cd不僅不妨礙植株生長,反而具有一定的刺激作用,這一現(xiàn)象符合毒理學(xué)研究熱點Hormesis(毒物興奮)效應(yīng)特征,而引起研究者關(guān)注。一方面,考慮到在實際生活中,人們更多面對的是低濃度重金屬的土壤污染問題,比如我國典型的Cd污染區(qū)--沈陽張士污灌區(qū),其土壤中Cd平均含量為1.76-7.03 mg kg-1(相當(dāng)于人工模擬試驗中的低濃度脅迫),若在此低污染環(huán)境中種植忍冬,既可以保持其很好的生長狀態(tài)美化環(huán)境,又有利于其穩(wěn)定、持續(xù)地吸收積累污染環(huán)境中的Cd以凈化土壤;另一方面,在高濃度Cd污染環(huán)境下,忍冬仍可以保持正常生長,發(fā)揮其超富集特性,這對于污染土壤的實地修復(fù)具有重要的現(xiàn)實意義。因此開展了國家自然科學(xué)青年基金項目(41301340)"忍冬對鎘超富集機理及其與Hormesis效應(yīng)關(guān)系的研究",結(jié)果表明:Hormesis效應(yīng)可有效激發(fā)植物體內(nèi)防御系統(tǒng),增強抗氧化能力、清除自由基,快速誘導(dǎo)保護(hù)性依賴產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng),有助于其超富集特性的發(fā)揮,而這在一定程度上與Calabrese and Baldwin、Kaiser等學(xué)者在Nature,Science 和Plant Physiology 雜志提出的機制假說吻合。相關(guān)研究結(jié)果已在國內(nèi)外雜志上發(fā)表,其中在Journal of Hazardous Materials上發(fā)表的題為Accumulation and tolerance characteristics of cadmium in a potential hyperaccumulator - Lonicera japonica Thunb 的論文引用頻次已達(dá)79。
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