硼提高油菜根系镉毒耐受性机理
硼提高油菜地上部镉毒耐受性的生理机制
南方稻油轮作区为粮油作物生产提供了得天独厚的气候、土壤条件，但是该区域酸性土壤存在有效硼含量低和镉含量超标等障碍因子。甘蓝型油菜（Brassica napus L.）具有较大的生物量和较强的重金属吸收能力，并且镉转移到菜籽油中的比例极低，不影响其品质安全，所以油菜在土壤镉污染修复方面具有较高的应用潜力。硼对于维持正常的细胞壁结构和功能有非常重要的作用，细胞壁又是植物应对镉毒害重要的细胞组分，故推测硼对细胞壁结构和各物质组分的影响必然参与细胞壁对镉的阻隔和吸附固定，进而提高油菜的镉毒耐受性，发挥土壤镉污染生物修复潜力。
近日，湖南农业大学张振华老师课题组在中科院一区国际顶尖期刊Science of the Total Environment （5年影响因子5.73）发文 “Boron alleviates cadmium toxicity in Brassica napus by promoting the chelation of cadmium onto the root cell wall components” 。阐明了硼对油菜根系细胞壁果胶固定镉能力的提高是促进油菜耐受镉毒的根本原因。本课题测定了镉胁迫下不同施硼水平对根系细胞壁各组分含量及各组分镉含量，发现施硼显著促进了细胞壁不同形态果胶含量、果胶去甲基化程度和果胶镉含量，尤其是共价结合态果胶，这说明细胞壁共价结合态果胶可溶性果胶对镉的固定可能是硼促进油菜根系镉毒耐受性的主要生理原因。通过对相关酶活性测定、代谢组合转录组分析发现镉胁迫下施硼影响了根细胞壁果胶的合成代谢途径及去甲基化过程，使细胞壁对镉具有更强的固定能力。
该课题组同时在中科院一区国际顶尖期刊Environmental Pollution （5年影响因子6.15）发表的姊妹篇 “Boron mitigates cadmium toxicity to rapeseed （Brassica napus） shoots by relieving oxidative stress and enhancing cadmium chelation onto cell walls” 揭示了硼对油菜地上部细胞壁离子结合态果胶含量和去甲基酯化度的提高是促进油菜地上部细胞壁固定镉，进而促进油菜镉毒下生长潜力的根本原因。
综上所述，通过对镉胁迫下施硼对油菜生理基础、代谢途径和转录水平的研究，明确了硼对油菜细胞壁果胶结合镉能力的提高是促进油菜耐受镉毒、保持生长潜力的重要原因。
张振华老师课题组一直致力于稻油轮作体系下粮油作物养分高效和适应非生物胁迫的生物学机制研究，该系列最新成果为油菜作为南方稻油轮作区土壤镉污染生物修复作物提供了理论支撑和技术支持。这两篇文章第一作者均为我校吴秀文博士，通讯作者为湖南农业大学张振华教授；官春云院士，以及资源环境学院宋海星教授为文章共同作者。文章得到国家重点研发计划项目，湖南省创新群体项目，国家油菜产业体系等项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138833
https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114546
日期：2020-11-05
