土壤-三七系统重金属砷的迁移、运转及其调控机理

Notoginseng from industry heavy metals for the urgent need to address arsenic problem, with the Wenshan March geographical advantages of the production areas and climatic conditions, ecotoxicology, environmental biochemistry, molecular biology techniques, planting soil Panax notoginseng arsenicmorphological transformation of the driving factors in the process, notoginseng root exudates absorption of functional components and their mechanism of action of arsenic in soil and notoginseng heavy metals arsenic enrichment key enzyme and isolation and identification functional that the heavy metals arsenic Panax notoginseng -soil systemmigration, transit law to clarify the regulation mechanism of the thirty-seven heavy metals arsenic contamination, and provide a theoretical basis and scientific support for the establishment of soil - Panax notoginseng system metabolic activity of heavy metals arsenic regulatory pathways.

针对急需解决的三七产业重金属砷污染问题，借助云南文山三七产区的地理优势和气候条件，采用生态毒理学、环境生物化学、分子生物学等技术手段，通过对三七种植区土壤中砷形态转化过程中的驱动因子，三七根系分泌物吸收土壤中砷的功能成分及其作用机制，以及三七植株吸收积累重金属砷关键酶进行分离鉴定的相关研究，揭示重金属砷在三七-土壤系统中的迁移、转运规律，阐明三七重金属砷污染的调控机理，为建立土壤-三七系统重金属砷代谢活性调控途径提供理论依据和科学支撑。

针对急需解决的三七砷污染问题，本项目通过设置三七原生境条件下定位跟踪试验，盆栽试验以及水培试验，采用高效液相色谱-原子荧光联用（ HPLC-HG-AFS），同步辐射X射线荧光（SRXRF）以及转录组测序等分析方法和技术手段，对土壤-三七系统砷的迁移、转运及其调控机理进行了深入的研究，主要获得以下结果：.三七对土壤砷不具备富集特性，土壤及农事活动是三七砷污染的主要来源。三七植株砷的分布特征总体表现为：根条> 剪口>块根> 叶>茎 ，根部是三七吸收土壤砷的主要部位；三七根部组织及亚细胞砷的微区分布为细胞液＞细胞壁＞细胞质，细胞液是累积As的主要亚细胞组分，细胞壁是限制As向内部转运的重要组织，胞液区隔化具有解除砷毒害的重要作用。三七种植土壤砷主要的存在形态为As(Ⅴ)和As(Ⅲ)，As(Ⅴ)所占的比例较大，且As(Ⅲ)的植物（三七）有效性远远大于As(Ⅴ)，弱酸性红壤As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的三七安全种植临界值分别推荐为97.8mg/kg和 64mg/kg。三七根部吸收土壤砷后，As(Ⅲ)和MMA迅速向三七植株地上部分迁移，在迁移过程中，总砷、As(Ⅲ)和MMA从根到茎表现为砷毒害应激反应的过程，砷的迁移量随主根砷浓度的增加而增加；三七砷运转和转化的过程中同时存在明显的砷甲基化和还原作用，且发生这两种作用的部位也有较大的差异。外源磷素可以通过有效抑制三七体内砷酸盐转运三磷酸腺苷酶的生成，减少三七植株主动吸收转运土壤中的砷酸盐，从而达到三七砷毒害的调控作用。砷胁迫条件下，三七通过富集谷胱甘肽巯基转移酶（GSTs）调动砷解毒机制，通过上调 MYB、HSF转录因子和热激蛋白（HSP）表达，对砷胁迫下基因表达进行转录调控，GSTs 、MYB、HSF、 HSP是三七耐受砷胁迫的关键结构基因和调控基因。.本项目研究阐明了砷在三七-土壤系统中的迁移、转运规律，揭示了三七植株和土壤砷代谢与积累规律以及三七砷毒害的降解和调控机理，研究结果不仅为三七砷污染防控提供了可靠的基础资料，也为进一步探讨三七砷污染防控技术起到积极的引导作用。