柳 檢 羅立強(qiáng)

(國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心， 北京 100037)

1 引 言

細(xì)胞是維持植物正常生命活動(dòng)和功能的基本單元，是植物吸收和運(yùn)輸元素的必經(jīng)之地，也是植物體內(nèi)生物化學(xué)反應(yīng)的主要場(chǎng)所。通常，重金屬(HMs)能夠通過(guò)細(xì)胞膜上的滲透通道、 ZIP等轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、 低特異性Ca2+、 Mg2+、 Fe2+和Zn2+等離子通道進(jìn)入植物細(xì)胞，隨后對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生植物毒性[1～3]。在細(xì)胞水平上，HMs的植物毒性與細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)的破壞以及電子傳遞鏈的斷裂等密切相關(guān)[4]。重金屬脅迫會(huì)刺激葉綠體、 線粒體和過(guò)氧化物酶產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，并過(guò)度生產(chǎn)和積累活性氧(ROS)，ROS通過(guò)損害植物細(xì)胞的生物聚合物，進(jìn)而引起細(xì)胞的功能障礙，過(guò)量的ROS還會(huì)激活質(zhì)膜的Ca2+、 K+離子通道和膜聯(lián)蛋白、 催化Ca2+信號(hào)傳導(dǎo)、 K+滲漏，觸發(fā)細(xì)胞程序性死亡[5]。但另一方面，植物細(xì)胞也會(huì)采取一些相關(guān)的應(yīng)激機(jī)制來(lái)抵消HMs毒性。例如，通過(guò)在細(xì)胞內(nèi)形成植物螯合肽(PCs)或金屬硫蛋白(MTs)，使游離的HMs與PCs或MTs形成螯合物，從而將其從敏感位置去除，或?qū)Ms區(qū)隔至液泡[6]。因此，從細(xì)胞層級(jí)上研究毒性元素對(duì)其超微結(jié)構(gòu)的破壞和元素形態(tài)的轉(zhuǎn)化機(jī)制，對(duì)于揭示細(xì)胞生物過(guò)程和解毒與耐受機(jī)理具有十分重要的科學(xué)價(jià)值，這也是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。

近年來(lái)，植物細(xì)胞與重金屬相互作用的研究主要聚焦于以下4個(gè)方向: (1)植物細(xì)胞吸收重金屬的共質(zhì)體吸收途徑和細(xì)胞間隙的質(zhì)外體途徑[7]； (2)細(xì)胞膜上轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬的陽(yáng)離子通道和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表征與鑒定[2,3]； (3)植物細(xì)胞對(duì)重金屬的防御機(jī)制，如細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)改變[8]、 刺激細(xì)胞生產(chǎn)活性氧物質(zhì)[9]等； (4)植物細(xì)胞或亞細(xì)胞中重金屬的分布和形態(tài)特征[10,11]。其中，在毒性元素Pb的植物細(xì)胞分布和形態(tài)研究方面主要有3類報(bào)道: 一是Pb與磷酸鹽絡(luò)合，形成磷酸鉛或磷氯鉛礦沉積在細(xì)胞壁[12,13]，或與植物螯合肽(PC)絡(luò)合，以Pb-PC形式區(qū)隔于液泡[14]； 二是Pb與納米羥磷灰石結(jié)合沉積于細(xì)胞壁和液泡，如水稻根細(xì)胞[15]； 三是直接以Pb納米顆粒(PbNPs)的形式沉積于細(xì)胞壁，如在水生蕨類植物的細(xì)胞壁中觀察到直徑為(17.2 ± 4.2) nm的PbNPs[16]。出現(xiàn)這些差異的原因可能是由于植物種類的不同[17]。目前，對(duì)植物中Pb的超微結(jié)構(gòu)和形態(tài)分析的研究大多集中在野生Pb富集植物，而對(duì)可食用植物關(guān)注得較少[18,19]，尤其是蔬菜[15]。由于Pb以何種形式分布在植物細(xì)胞的位置決定了Pb被調(diào)動(dòng)的潛力和產(chǎn)生植物毒性的高低，故開展植物組織和細(xì)胞內(nèi)Pb的分布和形態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)制的探索，是揭示Pb與植物的作用過(guò)程和解毒機(jī)理的重要途徑。

本研究通過(guò)室內(nèi)水培實(shí)驗(yàn)?zāi)M芹菜根對(duì)Pb的吸收過(guò)程，結(jié)合TEM-EDS和XANES技術(shù)，觀測(cè)芹菜根細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)和細(xì)胞內(nèi)Pb分布，分析芹菜根、 莖和葉中Pb形態(tài)特征，從細(xì)胞層面上探索毒性元素對(duì)其超微結(jié)構(gòu)的破壞和元素形態(tài)的轉(zhuǎn)化機(jī)制，從而揭示Pb脅迫下的細(xì)胞生物過(guò)程和解毒與耐受機(jī)理。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)譜儀(XANES， 上海光源15U1)； LRH-GSI智能型人工氣候箱(韶關(guān)市泰宏醫(yī)療器械有限公司)； 超薄切片機(jī)(LEICA UC 6)； Hitachi H 9000高分辨透射電子顯微鏡(日本日立公司)。

Na2HPO4·2H2O (分析純)、 無(wú)水乙醇和丙酮(北京化學(xué)試劑研究所)； 25% 戊二醛、 1% 鋨酸溶液和環(huán)氧樹脂(北京中鏡科儀技術(shù)有限公司)。Hoagland培養(yǎng)液所用試劑皆為分析純。XANES標(biāo)樣: PbO、 PbSO4、 Pb(NO3)2、 Pb3O4、 2PbCO3·Pb(OH)2、 Pb(OH)2、 Pb(Ac)2·3H2O、 PbCO3均為國(guó)產(chǎn)分析純； Pb(C17H35COO)2為國(guó)產(chǎn)化學(xué)純； PbS為方鉛礦標(biāo)準(zhǔn)樣品(GBW07269)； Pb(SC16H33)2(美國(guó)Sigma公司)； C3H9ClPb(德國(guó)Ehrenstorfer公司)； Pb3(PO4)2和Pb5(PO4)3Cl(實(shí)驗(yàn)室合成，并用XRD驗(yàn)證[20])； Pb溶液參考物質(zhì)由Pb(NO3)2分別與檸檬酸 (10 mmol/L Pb(NO3)2+100 mmol/L 檸檬酸鈉，pH 5.4)[21]、 富里酸(FA)(0.05 mol/L Pb(NO3)2+13.35 mg FA)[22]、 腐殖酸(HA)(0.3 mmol/L Pb(NO3)2+1 g/L HA， pH 5)[23]和谷胱甘肽(GSH)(1 mmol/L Pb(NO3)2+5 mmol/L GSH，pH 6)[24]絡(luò)合。

2.2 植物培養(yǎng)

芹菜(ApiumgraveolensL.)種子購(gòu)于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所,用0.07% NaClO浸泡30 min，再用蒸餾水沖洗3次后浸種5.5 h。挑選顆粒大小一致的種子置于鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，保持濾紙濕潤(rùn)，并于培養(yǎng)箱中避光萌芽(溫度25℃，濕度50%)。萌芽7 d后見(jiàn)光長(zhǎng)苗，待長(zhǎng)出一對(duì)子葉時(shí)，置于1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液(HNS，pH=6.0)中培養(yǎng)，條件為: 25℃，16 h/8 h (光照/黑暗)，光照強(qiáng)度4000 Lx。 HNS組成[25]: 1 mmol/L KH2PO4、 5 mmol/L KNO3、 5 mmol/L Ca(NO3)2·4H2O、 2 mmol/L MgSO4·7H2O、 46 μmol/L H3BO3、 6.7 μmol/L MnCl2·4H2O、 0.77 μmol/L ZnSO4·7H2O、 0.32 μmol/L CuSO4·5H2O、 0.11 μmol/L H2MoO4·H2O和20 μmol/L Fe-EDTA。至長(zhǎng)出第二片真葉時(shí)，移苗至HNS中培養(yǎng)，每株苗用有孔的泡沫固定，使苗保持新芽向上，根浸在HNS中，培養(yǎng)至平均苗長(zhǎng)15 cm，期間每3 d更換營(yíng)養(yǎng)液。挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的芹菜進(jìn)行Pb脅迫實(shí)驗(yàn)，用兩種方式脅迫培養(yǎng)5 d: 一種用含1000 μg/mL Pb(Pb(NO3)2)的蒸餾水溶液； 另一種用含1000 μg/mL Pb(Pb(NO3)2)的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液。收獲的植株根于20 mmol/L EDTA-Na2浸泡15 min，再用自來(lái)水、 蒸餾水分別清洗3遍， 分根、 莖和葉3部分冷凍干燥后，用于XANES分析。

用同樣的培養(yǎng)方法，將芹菜苗置于300 μg/mL Pb(Pb(NO3)2)的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中脅迫培養(yǎng)7 d，再用同樣的清洗方法洗凈根系，用于TEM-EDS分析。

2.3 TEM-EDS分析根細(xì)胞中Pb的分布

用雙面刀片從根尖處切取2 mm長(zhǎng)的根段，離體樣品迅速浸入2.5%戊二醛中固定2～4 h，再用0.1 mol/L磷酸鹽緩沖溶液洗滌3次，每次20 min，隨后轉(zhuǎn)移至1%鋨酸中固定過(guò)夜。接著用0.1 mol/L磷酸鹽緩沖溶液洗滌3次后，用30%、 50%、 70%、 80%和95%乙醇逐級(jí)脫水，然后在100%乙醇中脫水3次。 用丙酮置換乙醇3次后，依次用丙酮與樹脂2∶1、 1∶1和1∶3比例滲透處理，每次2～3 h，再用純樹脂包埋過(guò)夜。放入60℃烘箱聚合24 h后，使用超薄切片機(jī)切成60 nm厚的薄片，在高分辨透射電子顯微鏡下觀察、 照相，并進(jìn)行能譜分析，能譜測(cè)量計(jì)數(shù)時(shí)間為30 s，每一個(gè)細(xì)胞的微區(qū)檢測(cè)至少3次。

2.4 芹菜根、 莖和葉的XANES分析

芹菜的Pb-L3邊XANES實(shí)驗(yàn)在上海同步輻射BL15U1線站完成。冷凍干燥的芹菜根、 莖和葉研磨至粒徑<74 μm，壓制成直徑為10 mm的樣片在常溫常壓下進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試前用Pb箔進(jìn)行Pb-L3邊(13035 eV)能量校準(zhǔn)。儲(chǔ)存環(huán)能量為3.5 GeV，環(huán)電流為250～260 mA。應(yīng)用Si(111)雙晶單色器獲得的能量分辨率為0.05 eV，光路采用K-B鏡聚焦，并使用Si漂移探測(cè)器檢測(cè)X射線熒光信號(hào)。實(shí)驗(yàn)使用的光斑尺寸為300 μm×300 μm，采譜范圍為12.985～13.235 keV，能量步長(zhǎng)為0.5 eV。標(biāo)樣中Pb含量高，在透射模式下測(cè)定，樣品中Pb含量較低，在熒光模式下測(cè)定。

2.5 XANES譜圖的數(shù)據(jù)處理

采用Athena軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，主要通過(guò)未知樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品的線性擬合獲得元素的組分(形態(tài))信息。在線性擬合前，還需進(jìn)行一些關(guān)鍵的步驟，如能量漂移校正、 標(biāo)樣與未知樣的統(tǒng)一歸一化、 主成分分析(PCA)、 重建數(shù)據(jù)和目標(biāo)轉(zhuǎn)換(TT)等，這些步驟也常被忽略，從而導(dǎo)致擬合的結(jié)果差異很大， 從而影響相關(guān)的機(jī)理闡釋。本實(shí)驗(yàn)對(duì)6個(gè)植物樣品的Pb L3-XANES譜圖進(jìn)行PCA步驟，發(fā)現(xiàn)樣品中PCA提取的第一個(gè)組分對(duì)總體變異的貢獻(xiàn)為99.22%， 第二和三組分分別占0.46%和0.24%，而第四組分僅占0.07%，因此植物樣品主要由3種成分組成。隨后，設(shè)置主成分個(gè)數(shù)，對(duì)未知樣進(jìn)行重建數(shù)據(jù)，并選擇Pb標(biāo)樣進(jìn)行目標(biāo)轉(zhuǎn)換，通過(guò)最大殘?jiān)慕^對(duì)值(|RMD|)判斷含有該標(biāo)樣的可能性。當(dāng)|RMD|≤5%時(shí)， 表明該標(biāo)樣存在的可能性最大； 當(dāng)5%<|RMD|≤10%時(shí)，表明可能存在該標(biāo)樣； 當(dāng)10%<|RMD|≤15%時(shí)，表明存在該標(biāo)樣的可能性不大； 當(dāng)15%<|RMD|時(shí)，表明不可能存在該標(biāo)樣。最后，讓未知樣與初步判斷的標(biāo)樣進(jìn)行線性擬合，獲得每種標(biāo)樣的所占比例，并通過(guò)評(píng)估因子R-factor 進(jìn)行評(píng)估，R-factor根據(jù)公式(1)計(jì)算， 其值越小，表明擬合誤差越小，結(jié)果越準(zhǔn)確[26]。

R-factor=∑((y-yfit)2)/∑(y2)

(1)

式中，y為樣品歸一化后的吸收系數(shù)，yfit為標(biāo)樣擬合后的吸收系數(shù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 芹菜根細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)損傷和Pb的分布

Pb脅迫會(huì)損傷植物根細(xì)胞的細(xì)胞壁和質(zhì)膜結(jié)構(gòu)。利用透射電子顯微鏡(TEM)觀察對(duì)照組的根尖細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞壁的表面清晰、 光滑和連續(xù)，而且細(xì)胞與細(xì)胞緊密相連，無(wú)細(xì)胞間隙(圖1A)。當(dāng)芹菜根暴露于300 μg/mL Pb2+環(huán)境中，根尖細(xì)胞壁出現(xiàn)了明顯的增厚和變形現(xiàn)象，而且質(zhì)膜也變得粗糙或模糊(圖1B、 1C)。同時(shí)，Pb脅迫下根尖細(xì)胞之間還出現(xiàn)了細(xì)胞間隙(圖1D)，這與Pb暴露下白楊根尖細(xì)胞的變化一致[27]。細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化是由于Pb脅迫使細(xì)胞壁中形成了大量的能夠結(jié)合金屬離子的低甲酯化果膠，這種果膠的堆積使細(xì)胞壁變厚[27]，同時(shí)Pb2+與膜蛋白結(jié)合使膜蛋白部分變性，從而改變了質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)[28]。

在Pb暴露下，植物會(huì)驅(qū)使進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的Pb截留在特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)中。采用TEM觀察芹菜根尖細(xì)胞中Pb的分布，與對(duì)照組(圖1A)相比，Pb暴露組(圖1B～1D)的根細(xì)胞壁有大量晶體狀的黑色顆粒沉積，而根細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞間隙基本無(wú)沉積。利用X射線能譜對(duì)比分析黑色顆粒處和細(xì)胞間隙中的特征元素，發(fā)現(xiàn)黑色顆粒處有Pb的特征峰(圖1E)，而細(xì)胞間隙和細(xì)胞質(zhì)均無(wú)(圖1F)，表明根細(xì)胞壁能夠截留進(jìn)入芹菜根細(xì)胞的Pb，從而減少Pb進(jìn)入原生質(zhì)體，進(jìn)而降低Pb對(duì)植物細(xì)胞的毒害。對(duì)比圖1E和1F，黑色顆粒物中還存在磷元素的特征峰，而且氧元素的峰強(qiáng)度明顯高于細(xì)胞間隙的元素強(qiáng)度，表明黑色顆粒物中的Pb可能與磷酸鹽結(jié)合，但形成的Pb形態(tài)尚需進(jìn)一步鑒定。TEM觀察到進(jìn)入植物根部的Pb基本都以沉淀的形式截留在細(xì)胞壁，有研究報(bào)道Pb污染環(huán)境中生長(zhǎng)的植物的地上部也有Pb的積累[29]，故植物根部應(yīng)該還存在能被運(yùn)輸至植物地上部的可遷移態(tài)鉛。

圖1 Pb在芹菜根尖細(xì)胞壁的沉積: (A)對(duì)照組根細(xì)胞和 (B-D)Pb暴露組根細(xì)胞的透射電鏡圖； (E) 細(xì)胞壁沉積物和(F)細(xì)胞間隙的能量色散X射線光譜圖Fig.1 Deposition of Pb in the cell wall of celery root tips cells. Transmission electron micrographs of (A) control and (B-D) Pb exposed root cells; (E) and (F)Results of energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analyses performed at the positions indicated by the red circles

3.2 芹菜根中Pb的形態(tài)特征

圖2 Pb標(biāo)樣對(duì)芹菜根、 莖和葉中Pb-L3 XANES譜圖的擬合Fig.2 Pb L3-edge X-ray absorption near edge spectra (XANES) of organs of celery, Pb(NO3)2 and their linear combination fitting results (dashed lines)

表1 Pb(NO3)2的營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)的芹菜根、 莖和葉中Pb形態(tài)的線性擬合結(jié)果

Table 1 Linear combination fitting results of root, stem and leaf of celery planting in Hogland nutrient solution with Pb(NO3)2

樣品Sample化合物1 Compound 1(%, w/w)化合物2 Compound 2(%, w/w)化合物3 Compound 3(%, w/w)評(píng)估因子R-factor根 RootPb5(PO4)3Cl62.7Pb(Ac)2·3H2O37.3-0.000084莖 StemPb5(PO4)3Cl65.6Pb(Ac)2·3H2O34.4-0.000129葉 LeafPb(C17H35COO)247.8Pb5 (PO4) 3Cl36.7Pb(Ac)2·3H2O15.50.000212

3.3 芹菜莖和葉中Pb的形態(tài)特征

芹菜莖中Pb的形態(tài)與根部基本相似。XANES擬合結(jié)果顯示，莖中Pb形態(tài)也主要為Pb5(PO4)3Cl，其次是Pb(Ac)2·3H2O(表1)，表明Pb從根部遷移至莖部未發(fā)生形態(tài)的轉(zhuǎn)化。莖中鑒定出的兩種Pb形態(tài)，其中磷氯鉛礦的溶解度比其它鉛礦物至少低44個(gè)數(shù)量級(jí)[32]，而只有Pb(Ac)2·3H2O能夠被植物調(diào)動(dòng)。這是由于醋酸是含有一個(gè)羧基的低分子有機(jī)酸，其與Pb結(jié)合形成的絡(luò)合物易于在植物體內(nèi)遷移[33]。在大多數(shù)植物中也發(fā)現(xiàn)了Pb-Ac絡(luò)合物，如田菁[34]、 小麥[35]和擬南芥[36]，表明可遷移的Pb-Ac是植物向地上部運(yùn)輸Pb的主要形式。

芹菜葉對(duì)Pb形態(tài)的轉(zhuǎn)化功能與其它器官(莖、 根)不同。Pb-Ac絡(luò)合物經(jīng)莖部運(yùn)輸至葉片后，其形態(tài)發(fā)生了轉(zhuǎn)化。芹菜葉片中Pb主要以Pb(C17H35COO)2的形式存在，其比例為47.8%，其次是36.7% Pb5(PO4)3Cl和15.5% Pb(Ac)2·3H2O(表1)。XANES形態(tài)的準(zhǔn)確識(shí)別強(qiáng)烈依賴標(biāo)樣，雖然本研究選用了18種Pb標(biāo)樣，但植物樣品比較復(fù)雜，使植物中大分子有機(jī)鉛的準(zhǔn)確鑒定仍存在困難。本結(jié)果初步表明，Pb-Ac絡(luò)合物轉(zhuǎn)運(yùn)至葉片后，在葉片中轉(zhuǎn)化為分子量較大的有機(jī)鉛積累。據(jù)報(bào)道，植物體內(nèi)帶負(fù)電的羧基官能團(tuán)通過(guò)螯合作用與游離的Pb結(jié)合后，形成的大分子有機(jī)鉛是植物對(duì)Pb的一種積累和耐受機(jī)制[37]。有研究發(fā)現(xiàn)，在玉米根中也存在Pb(C17H35COO)2[38]。除了大分子有機(jī)酸鉛外，Pb5(PO4)3Cl也是生物學(xué)上重要的化合物，它是一種極穩(wěn)定的磷酸鹽化合物(Ksp=10——84.4)[39]，植物體內(nèi)這種穩(wěn)定的難溶物能夠去除可遷移性的Pb，從而提高植物對(duì)Pb的耐受性[24]。因此，大分子有機(jī)鉛和Pb-磷酸鹽應(yīng)是植物葉片貯存和耐受Pb的機(jī)制。

3.4 植物中Pb-磷酸鹽的來(lái)源及形成機(jī)制

Pb是植物非必需元素，植物體內(nèi)無(wú)專一運(yùn)輸Pb的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)[40]。毒性元素可通過(guò)磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Pi)吸收進(jìn)入植物，如As(Ⅴ)[41]。由上可知，芹菜根、 莖和葉中均形成了Pb-磷酸鹽(Pb5(PO4)3Cl)，而且Pb-磷酸鹽也是土壤中Pb的主要存在形態(tài)之一[39]。為探究芹菜中的Pb-磷酸鹽是根際環(huán)境中Pb-P結(jié)合后依靠Pi進(jìn)入植物的，還是根際Pb2+被根吸收后在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)化成Pb5(PO4)3Cl，將芹菜暴露于Pb(NO3)2的水溶液中培養(yǎng)，鑒定植物體內(nèi)是否有形成Pb-磷酸鹽。如表2所示，在無(wú)P的根際環(huán)境中，Pb2+被芹菜吸收后，在根、 莖和葉中均有形成Pb5(PO4)3Cl，表明芹菜體內(nèi)的Pb5(PO4)3Cl來(lái)源于植物自身的生物合成，而不是來(lái)源于外界根際環(huán)境。植物中Pb3(PO4)2的形成是一種植物響應(yīng)外界Pb脅迫的解毒機(jī)制，其來(lái)源為Pb與細(xì)胞中多磷酸酯酶釋放的磷酸鹽形成的共沉淀[42]，但是植物中Pb5(PO4)3Cl的形成是受解毒機(jī)制驅(qū)動(dòng)或者是Pb、 P和Cl局部過(guò)飽和的結(jié)果[24]，目前尚不清楚。

表2 Pb(NO3)2的蒸餾水溶液培養(yǎng)的芹菜根、 莖和葉中Pb形態(tài)的線性擬合結(jié)果

Table 2 Linear combination fitting results of root, stem and leaf of celery planting in distilled water solution with Pb(NO3)2

樣品Sample化合物1Compound 1 (%, w/w)化合物2Compound 2 (%, w/w)化合物3Compound 3 (%, w/w)評(píng)估因子R-factor根 RootPb(C17H35COO)273.5Pb5(PO4)3Cl19.1Pb(Ac)2·3H2O7.40.000079莖 StemPb5(PO4)3Cl69.3Pb(Ac)2·3H2O30.7-0.000120葉 LeafPb5(PO4)3Cl50.7Pb(Ac)2·3H2O25.0Pb(C17H35COO)224.30.000157

4 結(jié) 論

本研究采用TEM-EDS和XANES分析技術(shù)，考察了芹菜根細(xì)胞內(nèi)Pb的分布特征和植物體內(nèi)Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程，揭示了可食用蔬菜與Pb作用的細(xì)胞機(jī)制及Pb的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，Pb脅迫會(huì)使芹菜根細(xì)胞壁明顯增厚和變形，而且質(zhì)膜也會(huì)變得粗糙或模糊，同時(shí)進(jìn)入細(xì)胞的Pb能夠以晶體狀的Pb-磷酸鹽沉積在細(xì)胞壁，以實(shí)現(xiàn)Pb的解毒和耐受。芹菜從根際微域吸收Pb的過(guò)程中，Pb形態(tài)發(fā)生了顯著地的改變，植物能夠?qū)⑴囵B(yǎng)液中的無(wú)機(jī)鉛轉(zhuǎn)化為有機(jī)鉛形態(tài)，進(jìn)入根部的Pb主要以Pb5(PO4)3Cl的形式沉積于細(xì)胞壁，僅少部分Pb以Pb-Ac形式向地上部運(yùn)輸，至莖中以Pb5(PO4)3Cl的形式沉積，葉片以Pb(C17H35COO)2和Pb5(PO4)3Cl的形式儲(chǔ)存，這揭示了芹菜對(duì)Pb的吸收、 轉(zhuǎn)運(yùn)和貯存機(jī)制，為準(zhǔn)確評(píng)估食用蔬菜的健康風(fēng)險(xiǎn)提供了理論支撐。由于生物體的環(huán)境復(fù)雜，準(zhǔn)確鑒定Pb形態(tài)還依賴合適的標(biāo)樣，故還需尋找更多的標(biāo)樣。關(guān)于植物對(duì)Pb的作用機(jī)理，未來(lái)還需借助其它分析手段在細(xì)胞層面探索植物細(xì)胞壁沉積Pb5(PO4)3Cl的形成機(jī)制。

致謝感謝上海光源14W1和BL15U1線站的黃宇營(yíng)和李愛(ài)國(guó)老師在元素形態(tài)分析方面給予的指導(dǎo)與幫助； 感謝國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心的沈亞婷老師、 曾遠(yuǎn)和孫曉艷在實(shí)驗(yàn)中給予的幫助。