芳香烃萘对马齿苋分子特征和解剖结构的影响及其在植物修复中的应用研究

本研究针对多环芳烃(PAHs)污染环境中的植物修复问题，探讨了低分子量芳香烃萘对马齿苋(Portulaca oleracea)抗氧化酶系统(GST/CAT/SOD/APX)基因表达及解剖结构的调控机制。通过水培实验发现，60 ppm萘胁迫下根部GST基因表达上调80.85%，同时诱导维管束数量增加34个，揭示了马齿苋通过分子-解剖双重适应策略实现污染物吸收与解毒，为PAHs污染生态修复提供新思路。

　　

在工业化快速发展的今天，多环芳烃(PAHs)污染已成为威胁生态系统健康的重要环境问题。其中萘(naphthalene)作为典型的低分子量PAHs，被美国环保署列为16种优先控制污染物之一。这类物质通过诱导活性氧(ROS)积累引发植物氧化应激，导致细胞膜脂质过氧化和代谢紊乱。传统物理化学处理方法存在成本高、易造成二次污染等缺陷，而植物修复(phytoremediation)因其环境友好特性备受关注。马齿苋(Portulaca oleracea)作为常见耐逆植物，其应对PAHs胁迫的分子机制和解剖适应性尚未系统阐明，这限制了其在污染修复中的精准应用。

针对这一科学问题，伊朗德黑兰莫达雷斯大学基础科学学院植物生物学系与设拉子大学的研究人员合作，在《Scientific Reports》发表了创新性研究成果。研究通过建立0-60 ppm梯度萘胁迫水培体系，综合运用实时定量PCR(qRT-PCR)、激光共聚焦拉曼光谱和石蜡切片技术，首次揭示了马齿苋通过协同调控抗氧化酶基因网络和解剖结构重塑来适应萘胁迫的双重机制。

研究主要采用四大关键技术：1) 基于Hoagland营养液的梯度浓度水培系统(15/30/60 ppm)；2) 激光共聚焦拉曼光谱测定萘溶解度；3) 跨器官(根/茎)RNA提取与cDNA合成；4) 石蜡切片-Safranin O/Fast Green双重染色解剖观察。实验设计包含四重复，采用SPSS 26.0进行ANOVA和Duncan多重检验(p≤0.05)。

基因表达分析
研究发现萘胁迫显著激活抗氧化酶基因表达网络：在60 ppm胁迫下，根部谷胱甘肽S-转移酶(GST)表达上调80.85%，茎部增加78.59%。过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)在根部的表达分别提升64.53%、82.87%和70.23%，茎部增幅达72.14%、71.42%和78.81%。值得注意的是，15 ppm轻度胁迫仅诱导SOD基因显著响应，揭示抗氧化系统存在浓度依赖性激活阈值。

解剖结构变化

胁迫组呈现显著解剖适应性：根部表皮层数从对照的1层增至8层(60 ppm)，表皮细胞形态由规则圆形变为不规则褶皱。茎部薄壁细胞间隙减少34%，维管束数量从20个(对照)增至34个。这种结构改变既增强了物理屏障功能，又通过增加维管组织提升污染物转运效率。

讨论部分指出，马齿苋通过三重机制实现萘胁迫适应：1) GST介导的II相解毒反应促进污染物谷胱甘肽结合；2) SOD-CAT-APX级联反应清除ROS；3) 解剖结构调整包括表皮增厚和维管系统扩容。该研究首次证实维管束增殖是植物应对有机污染的新适应策略，其程度与胁迫强度呈正相关(r²=0.98)。相比传统模式植物拟南芥，马齿苋展现出更强的GST诱导能力(80.85% vs 50%)和维管可塑性，这为其在PAHs污染场地的工程化应用提供了分子基础。

这项研究的重要意义在于：从分子-解剖跨尺度揭示了植物适应有机污染的协同机制，建立了基因表达响应与结构重塑的定量关系，为筛选高效修复植物提供了GST活性与维管特征双重指标。未来研究可结合代谢组学解析萘降解途径，并评估田间条件下马齿苋的实际修复效能。