抗砷植物可能会带来新的天然土壤清洁剂作物

研究人员发现了一种常见的室内植物如何吸收和抵抗砷，这一发现可能导致开发出新的植物品种，以清洁受污染的土壤。

印第安纳州普渡大学 的研究人员与诺丁汉大学合作进行的一项新研究表明，蕨类植物–  凤尾蕨， 又称中国刹车蕨，由于其独特的超强抗腐能力，可以成为清洁污染土壤的关键-通过隔离叶片中的有毒元素，从土壤吸收并吸收很高水平的砷。

砷是英国最常见的土地污染物之一，可能对人类健康构成威胁。对发现有砷的土地进行净化处理是一项昂贵且费时的过程，通常使用包括开挖，处置和封盖在内的重型工程技术。

发表在《现代生物学》上的研究描述了蕨类植物的遗传和细胞机制，并可能导致其他植物的改良，从而更快速，更有效地从污染土壤中修复砷。

预防砷的影响

一旦进入人体内和植物体内，砷都会通过氧化应激或干扰细胞产生ATP的能力而导致细胞死亡，ATP是一种为细胞提供能量的分子。但是蕨类植物具有防止这些作用的机制。

当蕨类与砷接触时，鉴定出三个具有高活性的基因。使这些基因沉默会导致植物在存在砷的情况下死亡，这表明它们在砷耐受性中的重要性。通过测试由这些基因编码的蛋白质的功能，他们证明这些蛋白质一旦进入细胞内，便可以协同作用来基本上中和砷。 

普渡大学植物学和植物病理学教授乔迪·班克斯（Jody Banks）表示：“其他研究人员表明，这种蕨类植物生长在受砷污染的土壤上，可以在五年内去除近50％的砷，这需要时间，但价格便宜。我们的研究进一步证明了植物基因如何协同作用，以清除细胞内的砷，直到将其安全塞入细胞液泡中而不会造成任何伤害。”

这些基因可对三种蛋白质进行编程-OCT4，GST和GAPC1。研究小组表明，OCT4是一种膜蛋白，可控制化合物通过细胞膜的转移。GST是一种砷还原酶，可作为催化剂将砷从土壤转化为砷，砷是一种可以螯合的形式。

不断发展的容忍度

其他植物中的GAPC1蛋白使用磷酸盐来帮助分解葡萄糖的能量，而砷酸盐会干扰其正常功能。但是，在  凤尾 蕨中，GAPC1对砷酸根的亲和力比磷酸盐高，这使得植物可以吸收砷酸并将其转化为化合物，OCT4可以将其泵入液泡中进行储存，然后GST将捕获的砷化物化学转化为砷。。这使蕨类植物能够耐受原本有毒的物质。

其他研究人员发现了一种细菌，  铜绿假单胞菌，具有类似的耐受砷的方法。细菌和蕨类的遗传机制几乎相同，表明蕨类和细菌独立地进化出相似的砷耐受机制。

诺丁汉大学基因组生物学教授大卫·索尔特（David Salt）与班克斯博士（Dr Banks）合作研究了黑斑病（P. vittata）的耐砷性，他说：“我们一直在研究这种蕨类植物对砷的耐性机制。多年以来，做出如此激动人心的新发现真是令人高兴。我们发现的是植物中的新生物学，它为环境恢复，食品安全和公共卫生中的应用提供了新途径。”

了解允许蕨类植物积累和耐受砷的遗传和细胞机制，是开发其他植物的重要步骤，这些植物可以更快地修复被砷污染的土壤和水域。