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《2017第七届泛环渤海生物化学与分子生物学会学术交流会论文集》2017年
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植物修复多环芳烃污染土壤的分子机制进展

郑瑞  李鑫  崔继哲  
【摘要】:多环芳烃(PAHs)是一类惰性较强、性质稳定、极具生态和健康风险的有机污染物,土壤是环境中PAHs的一个主要汇集点。PAHs污染土壤的生物修复具有环境友好、修复成本低等特点,其中植物修复是颇有发展潜力的技术。理解植物解毒PAHs的分子机制对有效利用植物来修复受PAHs污染的环境至关重要。植物可以将PAHs从土壤或水体中转移到根和茎组织中,然后通过自身的酶系统将PAHs转化降解。PAHs摄入植物组织通常由谷胱甘肽S-转移酶、ABC转运蛋白等介导,油菜素内酯(EBR)等能够提高还原型谷胱甘肽(GSH)含量和谷胱甘肽S-转移酶的活性。植物代谢污染物的解毒途径可分为三个时期,即Ⅰ期的转化、Ⅱ期的共轭和Ⅲ期的区室化。转化反应包括对PAHs的水解、还原或氧化。这一过程将毒素变成疏水性中间物,并增加其反应性。在菲处理条件下,拟南芥AT5G05600基因(推测为黄酮醇合酶家族的DOX)、AT1G68620基因(编码α/β-水解酶)表达提高或快速上调,α/β-水解酶是Ⅰ期水解PAHs的关键酶。此外,细胞色素P-450单加氧酶,木质素过氧化物酶,多酚氧化酶(PPO),漆酶和锰依赖的过氧化物酶对PAHs都有降解作用。1 I期涉及转化物与谷胱甘肽、氨基酸或糖的共轭作用,从而形成亲水性增强的极性分子。丙二酰基-0-转移酶,GST,UGT家族催化多种生物异源物质的共轭和解毒。这一时期也会有大量ROS的产生,一些抗氧化酶基因SOD、CAT、FSD1和APX等在不同条件下被诱导表达,发挥清除过量ROS的作用。III期是通过AtNAP2(POP1)等转运蛋白的作用,将形成的可溶性缀合物区室化到液泡或转到细胞壁,以减少它们对细胞正常代谢的干扰。植物根系分泌的次生代谢物(SPME)对土壤中PAHs有吸收和降解作用。首先,植物根系分泌的一些胞外酶、过氧化物酶可以参与促进PAHs的降解:其次,植物根系分泌的低分子量有机酸(LMWOAs)如草酸、乙酸、苹果酸、延胡索酸也对PAHs降解起着关键作用,一方面,PAHs会诱导提高LMWOAs的分泌,而LMWOAs(如草酸和柠檬酸)可以促进多环芳烃从土壤颗粒上解离。另一方面,根系分泌物输入到根际环境,可以改变土壤性质,为根际微生物提供养分、固定氮、抑制病原体等,从而促进微生物对PAHs的矿化作用,影响甚至决定着根际的微生态特征。因此发展基于微生物降解作用又结合植物修复措施的菌植联合修复体系具有更加明显的优势。
【作者单位】:哈尔滨师范大学生命科学与技术学院
【分类号】:X53

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