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曹树青:植物修复土壤中的重金属污染

2016-02-16 10:37来源:中国科技网关键词:曹树青重金属污染植物修复收藏点赞

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曹树青和他的团队

植物修复是解决土壤重金属污染的重要途径之一,具有修复成本低、环境友好及对土壤破坏小、适于大面积推广等优点,已成为农田重金属污染土壤修复的优选技术之一。曹树青课题组经过长期研究发现,超量积累植物对污染金属元素具有极强的富集和积累能力,是植物吸取修复的首选资源,基因工程是获得超量累积植物的新方法,然而,进一步寻找和发掘耐受重金属毒害且调控重金属超量积累(或降低重金属吸收)的关键基因并阐明其作用机理则成为植物修复基因工程获得成功并从源头上控制农产品食品安全的关键点。以此为着力点,课题组通过正向和/或反向遗传学途径,筛选和克隆涉及植物重金属超量积累(或降低重金属吸收)的关键基因,并阐明了其作用机理。该研究不仅有助于揭示植物耐受重金属毒害的分子机理,而且可为利用植物修复技术治理土壤中重金属污染提供新的基因资源并为从源头上控制农产品食品安全提供新的技术途径。

镉是生物毒性最强的重金属之一,曹树青课题组通过一种新型基因工程技术,首次发现使植物能将有毒物质镉吸收后“转存隔离”的新机制,从而降低并解决了土壤中的镉污染问题。课题组利用正向遗传学途径筛选和鉴定了一个拟南芥耐镉突变体xcd1-D,并克隆了其相应的基因MAN3,该基因编码一个1,4-糖苷水解酶。过量表达MAN3基因导致镉的耐受和积累,而MAN3基因功能缺失则该突变体表现出对镉敏感。镉胁迫诱导MAN3基因表达、增加甘露聚糖水解酶活性及甘露糖水平,从而激活谷胱甘肽依赖的植物螯合素合成途径上的相关基因协调表达,进而增加植物对镉积累和耐受。

如今,研究已经初见成效。该成果发现了MAN3及其介导的甘露糖的新功能,首次揭示了植物响应重金属镉胁迫过程中新的信号转导通路,为土壤重金属污染植物修复基因工程提供了新的技术途径和基因资源。借助于模式植物拟南芥克隆耐受镉毒害及调控镉积累的关键基因,并将其运用于重金属污染土壤的植物修复,这无论在理论上还是实践上都具有重要的意义和实践价值。

日前,这一原创性成果于2014年10月20日在国际植物学知名学术期刊《新植物学家》上在线发表,并获得第十三届全国农业生物化学与分子生物学学术研讨会优秀论文奖,引起各大主流媒体广泛关注和报道。

植物修复技术是一条较适合我国国情的土壤修复途径,虽说还有一些方面存在不足,但一直都在不断完善。曹树青教授认为,“鉴于“十二五”期间国家对农田土壤重金属污染的重视,植物修复一旦得到推广,那么对于超富集植物的需求量将会越来越大,目前,我们正在进一步深入挖掘植物响应重金属镉信号转导的分子调控机制,并对植物响应其他重金属包括砷及铅等的分子调控机制也在进一步研究中,最终通过植物修复基因工程来技术获得超富集植物并进行产业化利用。”目前,他正带领课题组进一步研究针对砷、铅等其他重金属的植物修复机制,并致力于产业化探索。

原标题:植物修复 为农产品安全营造净土
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