高羊茅是禾本科多年生地被植物，廣泛用于家庭花園、公共綠地、公園和足球場(chǎng)等。此外，高羊茅具有根系發(fā)達(dá)、生物量大、耐刈割和土壤適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在水土保持、土壤改良和生物多樣性維護(hù)等方面起著重要作用，是國(guó)內(nèi)使用量最大的冷季型草坪草之一。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，高羊茅能顯著富集重金屬，對(duì)重金屬污染土壤具有一定的修復(fù)潛力。因此，研究高羊茅對(duì)鎘脅迫的響應(yīng)及其對(duì)鎘的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)存等生理分子機(jī)制，將為重金屬污染土壤的植物修復(fù)研究及其應(yīng)用提供重要理論依據(jù)。

　　進(jìn)展一：前期研究發(fā)現(xiàn)外源添加一氧化氮（NO）供體能夠緩解鎘脅迫對(duì)高羊茅的毒害作用，但其潛在的分子生理機(jī)制還知之甚少。本研究利用生理生化技術(shù)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)聯(lián)合比較分析揭示了該解毒過程的生理分子機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)外源施加NO供體（SNP）可有效減少Cd在高羊茅根中的富集，而降低NO含量（c-PTIO + L-NAME）則明顯導(dǎo)致根中Cd含量顯著增加。聯(lián)合分析揭示81個(gè)差異表達(dá)基因和15種差異代謝產(chǎn)物參與NO緩解鎘脅迫的信號(hào)通路，主要包括谷胱甘肽代謝、精氨酸和脯氨酸代謝等抗氧化代謝途徑、黃酮和黃酮生物合成和苯丙烷生物合成途徑、ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和氮代謝等途徑。研究結(jié)果為深入了解NO緩解高羊茅鎘脅迫的分子和代謝機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)。相關(guān)成果以“Comparative transcriptome combined with metabolome analyses revealed key factors involved in nitric oxide (NO)-regulated cadmium stress adaptation in tall fescue”為題發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊BMC Genomics。（論文鏈接：https://doi.org/10.1186/s12864-020-07017-8）。

    進(jìn)展二：基于課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，脫落酸（ABA）和水楊酸（SA）的復(fù)合處理能大幅提高植物地上部對(duì)Cd的富集，本研究在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用高羊茅和印度芥菜對(duì)Cd污染的土壤開展植物修復(fù)，并在植物修復(fù)的末端施加為期7天的ABA和SA強(qiáng)化處理。研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，額外7天強(qiáng)化處理的高羊茅地上部Cd含量提高了1.97倍，印度芥菜提高了1.70倍，證實(shí)了這一強(qiáng)化處理措施的可行性。結(jié)果表明，ABA和SA的復(fù)合處理能夠誘導(dǎo)植物衰老，進(jìn)而調(diào)控重金屬在修復(fù)植物體內(nèi)的遷移與分布，提高地上部重金屬的含量，而HMA3基因在這一過程中扮演著重要的作用。該研究提出的采用復(fù)合信號(hào)分子處理，誘導(dǎo)植物衰老，進(jìn)而提高修復(fù)植物地上部重金屬富集的植物修復(fù)強(qiáng)化新策略，具有處理時(shí)間短，效率高和適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，將為重金屬污染土壤的植物修復(fù)研究及其應(yīng)用提供新方法和新思路。相關(guān)研究結(jié)果以“Phytohormones-induced senescence efficiently promotes the transport of cadmium from roots into shoots of plants: A novel strategy for strengthening of phytoremediation” 為題發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of Hazardous Materials。（論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122080）。

　　上述研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金（31672482，41503067）項(xiàng)目資助。中國(guó)科學(xué)院武漢植物園與中南民族大學(xué)為論文主要完成單位，中南民族大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院?；刍弁瑢W(xué)為論文第一作者，中國(guó)科學(xué)院武漢植物園草坪草與牧草分子育種學(xué)科組陳良研究員為BMC Genomics論文的通訊作者，Journal of Hazardous Materials論文的共同第一作者。

圖 1 NO介導(dǎo)高羊茅應(yīng)答鎘脅迫的信號(hào)途徑