JHM:徐晓航、万洪叶、钱晓莉等 |揭示潜在汞超富集植物蜈蚣草的耐受与解毒机制

汞（Hg）是一种具有高毒性、持久性和环境迁移性的全球性污染物。历史汞矿开采和冶炼活动遗留的大量含汞废渣，至今仍持续向周边环境释放汞，对土壤生态系统和人类健康构成长期威胁。植物修复因其环境友好、成本较低和适于原位治理等优势，被认为是汞污染土壤修复的重要途径。蜈蚣草（Pteris vittata）具有生长较快、生物量较大及重金属耐受能力较强等特点，在汞污染环境中表现出一定的富集潜力。然而，蜈蚣草如何在富集汞的同时降低其毒性，以及不同汞胁迫水平下的耐受与解毒机制如何变化，仍缺乏系统认识，制约了其在汞污染场地修复中的进一步应用。

针对上述问题，贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室研究团队以我国西南典型废弃汞矿区自然生长的蜈蚣草为研究对象，结合野外调查、控制盆栽实验、植物生理分析、亚细胞分布研究及X射线吸收近边结构谱（XANES）技术，系统揭示了蜈蚣草对汞的富集特征、耐受响应及体内解毒机制。研究发现，蜈蚣草能够通过抗氧化防御、细胞区隔以及汞的化学形态转化等多种途径协同降低汞毒性，但这种耐受能力存在一定限度。相关成果为深入理解植物适应汞污染环境的机制及筛选修复植物提供了新的科学依据。

研究取得以下主要认识：（1）明确了蜈蚣草的汞富集特征及潜在修复价值。野外调查发现，蜈蚣草在高汞污染矿区仍能自然生长，根部和地上部汞浓度最高分别达163 mg/kg和83 mg/kg，表现出较强的汞富集及一定的转运能力。盆栽实验进一步证实根系吸收的重要作用，并发现汞的生物有效性是影响其富集效率的重要因素。（2）揭示了蜈蚣草“细胞区隔-化学形态转化-抗氧化防御”协同耐汞机制。蜈蚣草根部通过细胞壁结合和可溶性组分区隔汞，地上部则主要通过可溶性组分储存汞。XANES分析发现，体内汞主要以相对稳定的β-HgS（52.0%-63.4%）和Hg(SG)₂（31.3%-45.9%）形态存在，并通过激活抗氧化防御系统缓解汞胁迫，揭示了蜈蚣草通过汞固定、形态转化与生理防御协同解毒的机制。（3）阐明了蜈蚣草的浓度依赖性耐汞响应及其耐受限度。低浓度汞（5-10 mg/kg）促进叶绿素积累，高浓度汞（≥100 mg/kg）则抑制光合系统、加剧氧化损伤。叶绿素对高汞胁迫表现出较高敏感性，可作为识别植物受胁迫状态的潜在指标，表明蜈蚣草的耐汞能力存在一定限度。

上述成果发表于SCI一区Top期刊《Journal of Hazardous Materials》（IF=10.6）。贵州大学环境科学与工程专业研究生万洪叶为第一作者，钱晓莉副教授和徐晓航特聘教授为共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金（42003065、42467029、42407353）、贵州省科技重大专项（黔科合重大[2025]041）、贵州省基础研究计划（黔科合ZK[2023]重点018、黔科合基础[2024]青年207）、贵州省科技计划项目（黔科合平台YWZ[2025]004）以及贵州大学自然科学专项科研基金（202303）等项目的联合资助。

论文信息：Wan, Hongye; Qian, Xiaoli*; Qiu, Guangle; Ao, Ming; Wang, Le; Liang, Longchao; Han, Jialiang; Al-Mamun, Md. Habibullah; Li, Jinjuan; Wu, Pan; He, Shouyang; Xu, Xiaohang*. (2026). Mechanistic insights into mercury tolerance and detoxification in the potential hyperaccumulator fern Pteris vittata. Journal of Hazardous Materials, 517, 143479.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.143479

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