外源ABA调控光合作用与抗氧化防御通路增强伴矿景天镉富集能力的生理分子机制

针对超富集植物修复镉(Cd)污染土壤效率受限的问题，中国科学院土壤研究所团队通过外源施加脱落酸(ABA)，揭示了ABA通过调控光合作用、激素信号(auxin/cytokinin/ABA)及抗氧化系统(GSH/AsA/SOD)，促进伴矿景天(S. plumbizincicola)根系Cd吸收(提升250%)和叶部转运(提升50%)的分子机制，为重金属污染农田修复提供新策略。

　　

随着工业快速发展，农田镉(Cd)污染已成为威胁全球粮食安全的突出问题。中国生态环境部2023年数据显示，Cd是农业用地首要污染物，易通过作物进入食物链引发癌症等疾病。传统物理化学修复成本高昂，而植物修复技术因环境友好备受关注。超富集植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola)虽具强Cd富集能力，但其生物量小制约修复效率。脱落酸(ABA)作为"应激激素"，在非超富集植物中常抑制Cd吸收，但对超富集植物的调控机制尚不明确。

中国科学院土壤研究所团队通过盆栽实验，探究了不同浓度ABA(≤20 mg·kg^-1)对伴矿景天Cd富集的影响。研究采用生理指标测定结合转录组分析，系统评估了Cd含量、抗氧化物质(GSH、AsA)、光合参数及差异基因表达(DEGs)变化。

主要技术方法
实验选用伴矿景天幼苗，在模拟Cd污染土壤中施加低/高剂量ABA，分30/60/90天取样。通过ICP-MS测定Cd含量，ELISA检测激素水平，分光光度法分析抗氧化酶活性(SOD等)，并采用Illumina平台进行转录组测序。

研究结果

1. ABA对Cd含量的影响
   高浓度ABA使根系Cd含量在90天时提升3倍(图1A)，叶部积累增加50%(图1C)，茎-叶转运因子显著升高。

2. 生理调控机制
   ABA持续增强SOD活性和GSH/AsA含量，缓解Cd诱导的氧化应激。光合相关基因上调促进碳源供应，铜转运蛋白(COPT)家族基因表达暗示Cu/Cd竞争吸收。

3. 分子机制解析
   转录组揭示ABA显著激活激素信号通路(DEGs涉及auxin/cytokinin/ABA)，同时调控小分子代谢过程。ABCB1转运蛋白基因上调可能介导Cd跨膜运输。

结论与意义
该研究首次阐明ABA通过三重协同机制增强伴矿景天Cd修复效率：①激活抗氧化防御(GSH/AsA/SOD)；②上调转运蛋白(ABCB1/COPT)促进Cd吸收转运；③重构激素信号网络。研究突破传统认知中ABA抑制Cd吸收的观点，为超富集植物-激素联合修复技术提供理论依据，发表于《Plant Science》的成果对实现重金属污染农田安全利用具有重要实践价值。