耕地镉污染严重 科学家发现植物耐镉机制

土壤修复正在成为国内的热门话题。目前国内的土壤环境状况不容乐观，且修复难度大。国内多家科研机构都在致力于土壤修复技术的突破。

日前，合肥工业大学曹树青教授的课题组发现植物响应重金属镉胁迫信号转导的分子调控机制，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。

重金属镉是土壤无机污染物的一种。环保部今年4月公布的全国土壤污染状况调查公报显示，全国土壤总的点位超标率为16.1%。其中，镉的点位超标率为7.0%。由于重金属难以降解，重金属对土壤的污染基本上是一个不可完全逆转的过程，只能通过修复来降低其风险或危害。

生物修复技术是土壤修复的方法之一，其基本原理是利用生物特有的分解有毒有害物质的能力，达到去除土壤中污染物的目的，主要包括植物修复技术、微生物修复技术和生物联合修复技术。

植物修复技术的一种是利用植物吸收土壤中的重金属，吸收了重金属的植物通过安全焚烧等方法处理，从而去除土壤中重金属污染物。国内中科院地理科学与资源研究所陈同斌的团队通过大量的植物筛选，选出了蜈蚣草来吸收砷等重金属污染物，从而达到用植物修复土壤的目的。目前，广西、湖南、广东、云南等地已经在利用这种方法进行土壤修复。

与陈同斌的研究不同，曹树青团队的研究旨在发掘调控植物重金属超量积累及耐受的关键基因，从微观层面发现植物响应重金属信号转导的分子调控机制。而后，通过遗传工程手段使植物具备重金属高积累和高耐受性，使其可以在污染土壤上快速生长。

该项研究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。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。

曹树青的团队用了五年的时间，发现了这一机制。“但这只是基础理论上的一个重大发现，我们的团队还在进一步地挖掘，把通路搞清楚。距离产业化还有很长的一段路要走。”曹树青告诉财新记者。

这项研究发表在10月20日的《新植物学家》（New Phytologist）上。《新植物学家》是植物科学中最古老的期刊之一，创刊于1902年，以发表植物学领域的原创性研究成果为主，涵盖了宏观植物学和微观植物学的多个方面。