苋菜如何借助糖和有机酸成功抗击锌中毒

来自伊曼纽尔·康特波罗的海联邦大学的科学家，与圣彼得堡国立大学和K.A.季米里亚泽夫植物生理学研究所的研究人员一起，确定了苋菜植物代谢中的关键变化，这些变化帮助它们抵御锌的毒性。

研究发现，苋菜能够积极积累糖和有机酸，来中和重金属的有害影响。这些数据将有助于选择适合污染土壤的可持续作物。研究结果已发表在期刊 Plants 上 。

工业企业的活动、汽车燃料的燃烧以及农业中农药和化肥的使用导致土壤被重金属污染，特别是锌。尽管植物只需要这种元素的少量，但其过剩会破坏光合作用、代谢，导致细胞损伤和生产力下降。植物有多种保护机制，可以帮助防止重金属对细胞造成损伤，但这些机制仍然没有得到充分研究。

研究人员研究了苋菜（Amaranthus caudatus L.）对锌的耐受机制。这种植物在一般不利的环境以及特别贫瘠和受污染的土壤中适应得很好。

在他们的研究中，作者使用了在水培条件下生长的年轻苋菜植物——不使用土壤，而是在含有营养物质的溶液中。科学家在一些植物的营养溶液中添加了锌的浓度，经过一周的处理，根据对叶子生理参数的测量，锌导致植物出现适度的压力，但对植物的健康影响不大。没有受到锌影响的植物被作为对照组。

经过一周的实验，科学家对植物的根和叶进行了取样，并分析了它们的化学成分。结果显示，经过锌处理后，苋菜的化合物生产增加了83种，其中大多数是糖（特别是蔗糖和半乳糖）和有机酸（葡萄糖酸和水杨酸）。这些物质与锌离子结合，保护植物免受氧化应激。

研究小组观察到根部的变化特别显著；与对照组相比，葡萄糖酸的含量增加了59倍，水杨酸的含量增加了27倍。此外，这项分析表明，作为对金属苋菜根部影响的反应，合成了更多的半乳糖，它可以进一步参与果胶的形成。这些聚合物是细胞壁的结构成分，能够有效结合锌离子，从而减少植物细胞对锌的可用性。

这些结果表明，这些物质可以阻止金属转移到植物的地上部分。

“我们的研究表明，藜麦通过代谢重组适应锌的过剩。同时，植物不仅在根部积累金属，还能防止其进入地上部分，通过糖和有机酸的作用，积极中和其有害影响。这些信息将有助于培育对环境污染具有可持续性的农业作物品种。

“未来，我们计划研究处理锌的藜麦植物在蛋白质组水平（即细胞中的一组蛋白质）发生的变化。这项研究将帮助我们更好地理解锌离子毒性引起的应激反应背后的分子机制，并对制定减轻这种金属对植物生理有害影响的新方法，以及创建有效的植物修复工具至关重要，”伊曼纽尔·康特波罗联邦大学微克隆繁殖植物实验室主任、技术科学博士斯坦尼斯拉夫·苏希赫表示。