研究表明放射性铯污染土壤中的根系生长得到改善

日本理化学研究所可持续资源科学中心(CSRS)的研究人员已经找到了一种方法，可以让植物获得对铯的抵抗力，铯是一种放射性毒素，可以在受污染的土壤中发现。在操纵特定的生物信号通路后，植物能够抵抗铯胁迫，这意味着它们的生长受到的阻碍较少，至少在根部是这样。这些发现将影响能够在铯污染土壤和其他挑战性条件下生长的植物的发育。

植物的恢复力依赖于感知和响应环境的能力。从它们呼吸的空气到它们生长的土壤，植物会微调它们的生长，以便在特定条件下茁壮成长。但环境的一些变化却不是那么容易克服的。由RyoungShin领导的RIKENCSRS团队正在研究当植物的环境受到铯等有毒物质污染时我们可以做些什么来帮助植物。

2011年日本福岛第一核电站灾难发生后，科学家们将注意力转向了解植物对放射性铯的反应，放射性铯是核事故后释放到环境中的有毒元素。为了正常生长，植物需要从土壤中吸收钾。

然而，当铯存在时，它会占用细胞壁中的钾通道或开口，从而阻碍钾的吸收并阻碍植物生长。令人惊讶的是，过去通过改变钾通道来阻止铯吸收的尝试产生了意想不到的后果，对植物生长的破坏甚至比在缺钾植物中观察到的还要严重。这使得研究人员推测存在特定于铯积累的独特途径。

Shin和她的团队一直在使用转录组分析，这是一种在各种条件下检查植物细胞内遗传活动的尖端方法。在《植物》杂志上发表的最新研究中，研究人员将注意力转向了铯的影响。

他们比较了拟南芥(一种经常研究的植物)在两种胁迫条件下的生长和基因表达：低钾和铯的存在。对低钾和铯胁迫下生长的根组织的转录组分析揭示了脱落酸(ABA)代谢和信号传导的显着变化。

具体来说，分析表明ABA信号传导在铯胁迫期间减少，但在低钾胁迫期间没有减少。这使得研究人员推测，如果他们能够强制ABA信号增强，就会使植物不易受到铯污染的影响。

作为概念验证实验，他们测试了重要ABA调节因子失活的突变植物。在这些植物中，ABA途径中常见的制动缺失，这意味着它们的ABA信号传导在高水平上继续不受控制。

这些突变体在铯胁迫下表现出增强的根系生长，证实了ABA在克服铯胁迫中的重要性，并强调了其在植物恢复力中的关键作用。“由于芽的生长与根的生长相关，我们预计整体生长也能得到改善，”辛说，“尽管这必须在实验室进行测试。”

随着现代化导致污染和有毒化合物释放增加，了解植物的恢复能力对于保障粮食安全和生态系统健康至关重要。

“这些发现对可持续农业和环境保护具有深远的影响，”辛说。“不是简单地阻止与养分吸收相关的铯吸收，而是针对替代传播途径，为增强作物对有毒化合物的抵抗力提供​​了一条有前途的途径。农业的未来将变得更具弹性。”