伴矿景天（Sedum plumbizincicola）是我国本土发现的一种重要的镉（Cd）锌超积累植物，在Cd污染土壤的植物吸取修复方面具有良好的应用前景，然而利用超积累植物修复高污染土壤常常需要连续进行多季种植。因此，研究伴矿景天在连续修复过程中的重金属吸收机制以及植物与土壤的相互作用对于指导田间实际修复具有现实意义。重金属稳定性同位素分析技术是探究重金属在环境中迁移转化机制的有效工具，其从土壤固相释放到土壤溶液、从土壤溶液扩散至根表以及由根外吸收进入根内共质体都可能发生同位素分馏。通过测定土壤-植物系统中的重金属稳定性同位素分馏，我们可以追踪控制重金属在土壤-植物系统中迁移的过程。

我室吴龙华研究员团队与中科大开展合作，利用伴矿景天连续吸取修复Cd高污染农田土壤（五季），分析修复前和修复五季后土壤全Cd和NH₄OAc提取态Cd以及第一季地上部Cd的稳定性同位素组成。结果表明，与土壤全Cd和NH₄OAc提取表征的有效Cd的同位素组成相比，伴矿景天地上部富集Cd的重同位素（Δ^114/110Cd_shoot−soil = 0.02–0.14‰；Δ^114/110Cd_{shoot−extract} = 0.02–0.17‰）。连续修复五季后，2个土壤的全Cd同位素组成与修复前相比显著变轻（Δ^114/110Cd_{soil：P5−P0} = −0.15和−0.12‰），表明伴矿景天倾向于优先从土壤中吸收重Cd同位素，这为超积累植物根细胞上Cd特异性运输蛋白的存在提供了有力的证据（元素的高亲和力转运导致重同位素的富集）。尽管景天优先从土壤中吸收重Cd同位素组分，但是连续修复后NH₄OAc提取态Cd却显著富集重同位素（Δ^114/110Cd_{extract：P5-P0} = 0.07–0.18‰），意味着连续修复过程中发生了显著的根系活化，因为Cd与根系分泌物络合的过程导致重同位素分馏。重金属同位素的分析促进了对其在土壤-植物系统中生物化学过程的认识。相关研究结果发表在Environmental Science and Technology期刊上。

该研究工作得到了国家自然科学基金（41325003和 41501348）的资助。

图1 修复前土壤Cd和第一季收获伴矿景天地上部Cd的同位素组成。

注：同位素标准参考物质为NIST 3108 Cd溶液

图2 连续修复五季后土壤Cd同位素组成的变化

注：不同小写字母表示修复前后土壤全Cd同位素组成差异显著（p < 0.05）；不同大写字母表示修复前后土壤NH₄OAc提取态Cd同位素组成差异显著（p < 0.05）

附件：Cadmium Isotopic Fractionation in the Soil−Plant System during Repeated Phytoextraction with a Cadmium Hyperaccumulating Plant Species.pdf