以下文章来源于Environ Health 环境与健康 ，作者E&H编辑部
Physiological Changes and Antioxidative Mechanisms of Alternanthera philoxeroides in Phytoremediation of Cadmium
空心莲子草在镉植物修复中的生理变化及其抗氧化机制
Dajiang Yan(闫大江), Shan Xue(薛珊), Zhibin Zhang(张志斌), Guodong Xu(徐国栋), Yanhao Zhang(张彦浩), Yanfeng Shi(时延峰), Menglong Xing(邢梦龙), Wen Zhang(张文)
1. 山东建筑大学；2. 新泽西理工学院；3. 山东瑞密迪环保科技有限公司
背景介绍
植物修复作为低成本、可持续的重金属修复技术受到越来越多的关注。空心莲子草（Alternanthera philoxeroides）是一种多年生草本植物，具有很强的繁殖能力和极高的重金属耐性，可以作为重金属镉的超积累植物应用在植物修复中。本研究旨在分析空心莲子草修复镉污染过程中的生理变化及其抗氧化机制，为空心莲子草在镉植物修复中的应用提供理论基础。
文章亮点
论文分析了空心莲子草对重金属镉的富集性能；研究了在空心莲子草在富集镉过程中的鲜重、根长、茎长的变化，及光合能力的变化（叶绿素a、b含量，Fv/Fm，F'v/F'm，ΦPSII，ETR）；分析了空心莲子草在镉富集过程中丙二醇（MDA）、过氧化氢（H2O2）含量变化，非酶抗氧化剂抗坏血酸（AsA）、谷胱甘肽（GSH）含量变化，抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、过氧化物酶（POD）、谷胱甘肽巯基转移酶（GST）的活性变化及可溶性蛋白含量变化；最后，通过三维荧光技术，分析了空心莲子草根际溶解性有机物（rDOM）的主要成分。
图文解读
TOC
图1 在不同浓度的镉培养基中培养30天后，空心莲子草的鲜重、根长和茎长的相对变化（A）。在不同浓度的镉培养基中培养30天后，植物体各部位内镉含量（B）、百分比（C）和生物富集系数（D）的变化。
图2 在不同浓度的镉培养基中培养30天后，空心莲子草的光合色素含量（A）、叶绿素a/b（B）和叶绿素荧光参数Fv/Fm、F'v/F’m（C）、ΦPSII、ETR（D）的变化。
图3 在不同浓度的镉培养基中培养30天后，空心莲子草中MDA（A）和H2O2（B）含量的变化；AsA（C）和GSH（D）含量的变化。
图4 在不同浓度的镉培养基中培养30天后，空心莲子草中SOD（A）、CAT（B）、APX（C）、POD（D）、GST（E）活性的变化和可溶性蛋白（F）含量的变化。*表明Cd处理组与对照组之间存在显著差异（p<0.05）。
图5 植物叶、茎和根样品在暴露于不同浓度的镉后抗氧化酶活性的PCA得分图（A） -（C），PLS-DA负荷图（D）-（F），VIP得分图（G）-（I）。不同的颜色代表不同的处理系统，其中点代表样本，椭圆代表95%的置信区间。
图6 （A），（B），（C）通过对空心莲子草产生的根际溶解性有机物进行主成分分析确定的三种组分的三维荧光图像、发射（实线）和激发（虚线）负荷，以及（D）三种组份的荧光强度与Cd浓度之间的关系。
总结与展望
本研究揭示了空心莲子草耐受和富集镉的生理变化和机制，这对镉污染的植物修复具有重要意义。研究结果表明，空心莲子草能够释放抗氧化酶和非酶抗氧化剂，以提高其对镉的耐受性和富集能力。然而，当Cd浓度超过阈值水平（例如0.25 mmol·L-1）时，植物的抗氧化活性开始降低。茎和叶主要产生CAT、POD和可溶性蛋白来响应镉暴露，而通过PLS-DA分析，镉暴露使根产生更多的POD和GST。此外，由于MDA和H2O2的产生引发的氧化应激，空心莲子草的生长和光合作用受到抑制。本研究还首次表征了空心莲子草释放rDOM的特征，发现rDOM的三个主要成分与抗氧化水平的变化密切相关，表明它们有可能成为镉暴露下植物健康和应激的生物指示物，这些发现需要进一步的研究来证实和验证，特别是在现实环境中。镉污染植物修复对整个生态系统的影响也应进一步探讨。例如，空心莲子草可能会积累并将镉释放回土壤，这值得验证。总的来说，这项研究有助于我们理解镉污染的植物修复机制，并为该领域的未来研究提供重要参考。
作者简介
第一作者：闫大江，在山东建筑大学市政与环境工程学院张志斌教授研究组攻读硕士学位，主要研究方式为底泥重金属的植物修复。
共一作者：薛珊 (Shan Xue)，自2019年9月开始，在土木与环境系的张文教授研究组攻读博士学位，主要研究方向包括纳米气泡的性质，及其在环境和农业领域的应用。
联系邮箱：sx59@njit.edu
张文，博士生导师， 就职于新泽西理工大学(New Jersey Institute of Technology)纽瓦克工程学院John A. Reif, Jr.土木与环境系以及化学与材料工程系。主要研究方向包括功能纳米材料、反应性膜分离技术，纳米气泡技术等。团队致力于推动可持续农业浇灌和食品消毒技术的开发并获得美国农业部和环保部的相关项目资助。美国华人环境工程与科学协会(CAPEES)前主席(2020-2022)， Journal of Hazardous Materials Advances主编。
张志斌，博士生导师，现任职于山东建筑大学。主要研究方向为“污染底泥修复技术”。山东省泰山学者特聘教授、山东省有突出贡献的中青年专家。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
