铅（Pb）污染主要来自采矿、矿石冶炼、燃煤等，由于其不可生物降解，在空气、土壤和水资源中广泛传播，造成严重的环境问题。对于生命体而言，铅（Pb）是非必需的元素，且具有很强的毒性。铅污染的土壤会影响农产品的质量和安全，进而危害人类健康并导致严重的社会问题。植物体内的铅可以抑制发芽、生长发育和细胞酶活性，阻断光合作用及DNA合成。为防止铅中毒，植物建立了多重的防御机制，例如将重金属限制在细胞壁（CW）并发展全面的抗氧化系统。 

高羊茅，作为冷季型草坪草的当家草种，对铅表现出较强的耐受性，但是关于其对重金属的耐受机制尚不明了。中国科学院植物种质创新与特色农业重点实验室草坪草与牧草分子育种学科组与中南民族大学资源与环境学院孙杰教授课题组合作，揭示高羊茅根系结构重构在高羊茅耐受Pb²⁺毒性中起重要作用。首先，降低根比表面积有助于高羊茅根系与重金属的接触。其次，在Pb²⁺胁迫下，高羊茅细胞壁成分进行了重构。主要体现在，在果胶、半纤维素1（HC1）和半纤维素2（HC2）中合成了大量的糖醛酸，有助于提高高羊茅根系中的羧基含量，并在细胞壁中固定更多的Pb²⁺。此外， H₂O₂处理过的高羊茅其根系结构和组分变化趋势与Pb²⁺处理下的高羊茅根系结构和组分一致，说明ROS在Pb²⁺胁迫诱导的根系结构和组分的重构中起重要的作用。从外源H₂O₂处理过的高羊茅根中依次提取果胶、HC1和HC2。结果显示，外源H₂O₂处理下的果胶和HC2的羧基含量及其对Pb²⁺的吸附能力显著提升。即H₂O₂可以调节果胶和HC2酯化程度，大量低酯化的果胶和HC2提供更多的羧基，提供更多的Pb²⁺结合位点，进而将更多的Pb²⁺限制在根部，这有利于增强高羊茅对Pb²⁺的耐受性。 

相关研究成果以“Lead-induced oxidative stress triggers root cell wall remodeling and increases lead absorption through esterification of cell wall polysaccharide” 为题发表在国际期刊Journal of Hazardous Materials 上。论文链接https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121524。该研究受到国家自然科学基金项目和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。 

根系细胞壁组分重塑在高羊茅耐受重金属Pb²⁺中的作用机制