鹤山站揭示芒属先锋植物在重金属胁迫下的资源权衡适应策略

作者：鹤山站  更新时间：2025-07-14

       尾矿库所带来的重金属污染问题是全球生态环境治理的一大挑战，对生态系统的健康造成了多重危害。重金属如镉、铅、汞等会通过土壤积累，影响植物、动物和微生物的生存与繁衍，进而威胁到整个生态链。为应对这一挑战，植物修复技术成为了一种绿色、可持续的解决方案。在植物修复过程中，尤其是“先锋植物”，因具备较强的环境适应性和重金属耐受性，被视为治理重金属污染的关键物种。然而，当前对植物在重金属胁迫下的应对机制研究主要集中于抗氧化过程和重金属累积能力，而对于其如何在不同组织和功能间进行资源分配以维持生存和修复功能的研究相对匮乏。
      鹤山站恢复生态学团队成员以芒属先锋植物五节芒(Miscanthus floridulus)为研究对象，通过控制条件下的外源镉胁迫实验与野外尾矿库原位调查相结合，系统探究了其“生长-防御”与“地上-地下”之间的资源权衡模式。研究发现，在外源镉胁迫下，地上和地下部分的资源权衡模式表现不同；尤其在高浓度外源镉胁迫下，地上组织偏向生长，而地下部分则转向防御，显示出组织间资源分配策略的重塑；此外，五节芒地下部分的权衡主要受植物Cd积累的影响，而地上部分的权衡则主要受植物过氧化氢的积累驱动（图1）。在野外尾矿区原位实地研究发现，随着土壤重金属风险水平的升高，五节芒的资源权衡模式由地下向地上转移，且这一过程与土壤元素组成、植物体内营养元素以及根际微生物群落密切相关（图2）。研究结果不仅揭示了先锋植物在重金属污染环境中的适应性资源配置机制，为理解植物在重金属胁迫下的生理和生化适应机制提供了新的视角；也为筛选和优化修复植物、提升植物修复效率提供了理论依据，对推动污染土地生态恢复具有重要意义。
      该研究由鹤山站和华南农业大学环境学院联合开展，相关研究成果以“Different shifts in growth-defense tradeoff for above- and belowground of Miscanthus floridulus enhance tolerance to cadmium”和“Defense strategy of a pioneer plant (Miscanthus floridulus) under multi-heavy metal risks: Above- and below-ground tradeoff”为题，分别发表在国际学术期刊Environmental and Experimental Botany和Plant and Soil上，博士后焦瑞芳为论文的第一作者，刘慧研究员和吴博涵博士为论文的通讯作者。上述研究得到广东省自然科学基金杰出青年项目、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会优秀会员等项目的支持。论文链接:
      Environmental and Experimental Botany：https://doi.10.1016/j.envexpbot.2024.105951
      Plant and Soil：https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-025-07656-4