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现代农业离不开农药，但由于长期过分依赖农药，导致严重污染环境，特别是土壤中的农药残留，往往因其持久性而积累土壤，继而可能进入食物链，产生更大的毒害问题。因此，实施有效且对环境安全的方法修复土壤的农药污染不仅有必要，也是社会的迫切需求。近年来，利用植物修复去除土壤污染物作为一种有效的手段，受到人们青睐，已成为环境中污染土壤修复的研究焦点。拟除虫菊酯类杀虫剂氯氰菊酯在全球范围内长期、广泛的用于控制多种粮食、果蔬及经济作物上害虫，但由于其在土壤中的持久性而易于累积，目前已成为农业生产环境中土壤的一种重要污染物。车前子(Plantago major L.)的纤维根因其表面积大且吸收能力强，具有很强的植物修复能力，可用于修复农药污染土壤。
本论文在研究利用车前子对氯氰菊酯污染土壤进行植物修复潜力基础上，首先着重研究了车前子与表面活性剂，即可溶性二氧化硅(SiO2)、Tween80、羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)和液态腐殖酸(HA)的协同作用，评估了这些表面活性剂提高车前子对污染土壤中氯氰菊酯的利用率和吸收率。研究表明，车前子在添加SiO2的土壤中可显著减少土壤中氯氰菊酯含量，其植物根和叶中氯氰菊酯浓度显著增加。氯氰菊酯的半衰期(t1/2)在无菌土壤中最长为24.8天，仅用车前子处理土壤中为10.0天，而车前子协同SiO2改性的土壤中最短为6.4天。尽管离体批处理平衡测定结果表明羟丙基-β-环糊精(HP-?-CD)可有效的从土壤中消除氯氰菊酯，但温室试验添加SiO2的栽培土壤中，车前子去除氯氰菊酯的能力优于其他表面活性剂(p>0.05)，与车前子协同提高氯氰菊酯污染土壤修复效率的表面活性剂顺序为SiO2>HP-β-CD>HA>Tween80。因此，车前子协同SiO2是氯氰菊酯污染土壤植物修复的有效方法。
本论文还进一步研究了车前子与番茄(Solanum lycopersicum)共同种植对氯氰菊酯污染土壤植物修复的潜力，并比较测定了车前子与番茄体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT),过氧化物酶(POD)的活性及过氧化氢(H2O2)的含量。结果表明，车前子从土壤吸收氯氰菊酯的效率明显优于番茄。氯氰菊酯处理车前子和番茄后的14天内SOD、POD和CAT的活性显著高于对照(p≤0.05)；同时，处理8天始，车前子和番茄根中H2O2含量显著高于对照(p≤0.05)。
本论文还应用华大自主研发的BGI-500高通量测序技术对车前子进行转录组测序(RNA-seq)，鉴定了车前子不同部位中氯氰菊酯解毒代谢相关基因。转录组测序共获得了138806条独立基因(Unique sequences)，平均长度1129bp，氯氰菊酯处理后共产生37177个差异表达基因，包括18062个下调基因和19115个上调基因，其中107条细胞色素P450(Cyt 450)基因、43条谷胱甘肽S-转移酶(GST)基因、25条糖基转移酶(GTs)基因、113条ABC转运蛋白基因、21条多药和毒素外排(MATE)基因、11条寡肽转运蛋白(OPT)基因和3条金属硫蛋白(MT)基因明显上调。
综上所述，本论文系统研究了利用车前子植物降解或植物转化修复“氯氰菊酯残留污染土壤”这一重要的环境问题，阐明车前子修复污染土壤的机理是在氯氰菊酯胁迫下车前子中重要的代谢酶，即CytP450、GST、ABC转运蛋白、MATE、OPT和MT等表达量增加，代谢水平提高，将吸收的氯氰菊酯降解为毒性较小的化合物。本论文进一步证实使用表面活性剂SiO2、Tween80、HP-β-CD和HA，可提高车前子从土壤中吸收氯氰菊酯的生物利用率，因此应用车前子消除土壤中农药残留累积污染的植物修复是一种有效、可行和经济的方法。此外，本论文中车前子对氯氰菊酯胁迫响应基因功能的研究结果为进一步的植物修复氯氰菊酯污染土壤分子机理研究提供了依据，也将有助于更好地设计用于农田栽培环境中农药污染土壤的植物修复工程系统。
本论文在研究利用车前子对氯氰菊酯污染土壤进行植物修复潜力基础上，首先着重研究了车前子与表面活性剂，即可溶性二氧化硅(SiO2)、Tween80、羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)和液态腐殖酸(HA)的协同作用，评估了这些表面活性剂提高车前子对污染土壤中氯氰菊酯的利用率和吸收率。研究表明，车前子在添加SiO2的土壤中可显著减少土壤中氯氰菊酯含量，其植物根和叶中氯氰菊酯浓度显著增加。氯氰菊酯的半衰期(t1/2)在无菌土壤中最长为24.8天，仅用车前子处理土壤中为10.0天，而车前子协同SiO2改性的土壤中最短为6.4天。尽管离体批处理平衡测定结果表明羟丙基-β-环糊精(HP-?-CD)可有效的从土壤中消除氯氰菊酯，但温室试验添加SiO2的栽培土壤中，车前子去除氯氰菊酯的能力优于其他表面活性剂(p>0.05)，与车前子协同提高氯氰菊酯污染土壤修复效率的表面活性剂顺序为SiO2>HP-β-CD>HA>Tween80。因此，车前子协同SiO2是氯氰菊酯污染土壤植物修复的有效方法。
本论文还进一步研究了车前子与番茄(Solanum lycopersicum)共同种植对氯氰菊酯污染土壤植物修复的潜力，并比较测定了车前子与番茄体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT),过氧化物酶(POD)的活性及过氧化氢(H2O2)的含量。结果表明，车前子从土壤吸收氯氰菊酯的效率明显优于番茄。氯氰菊酯处理车前子和番茄后的14天内SOD、POD和CAT的活性显著高于对照(p≤0.05)；同时，处理8天始，车前子和番茄根中H2O2含量显著高于对照(p≤0.05)。
本论文还应用华大自主研发的BGI-500高通量测序技术对车前子进行转录组测序(RNA-seq)，鉴定了车前子不同部位中氯氰菊酯解毒代谢相关基因。转录组测序共获得了138806条独立基因(Unique sequences)，平均长度1129bp，氯氰菊酯处理后共产生37177个差异表达基因，包括18062个下调基因和19115个上调基因，其中107条细胞色素P450(Cyt 450)基因、43条谷胱甘肽S-转移酶(GST)基因、25条糖基转移酶(GTs)基因、113条ABC转运蛋白基因、21条多药和毒素外排(MATE)基因、11条寡肽转运蛋白(OPT)基因和3条金属硫蛋白(MT)基因明显上调。
综上所述，本论文系统研究了利用车前子植物降解或植物转化修复“氯氰菊酯残留污染土壤”这一重要的环境问题，阐明车前子修复污染土壤的机理是在氯氰菊酯胁迫下车前子中重要的代谢酶，即CytP450、GST、ABC转运蛋白、MATE、OPT和MT等表达量增加，代谢水平提高，将吸收的氯氰菊酯降解为毒性较小的化合物。本论文进一步证实使用表面活性剂SiO2、Tween80、HP-β-CD和HA，可提高车前子从土壤中吸收氯氰菊酯的生物利用率，因此应用车前子消除土壤中农药残留累积污染的植物修复是一种有效、可行和经济的方法。此外，本论文中车前子对氯氰菊酯胁迫响应基因功能的研究结果为进一步的植物修复氯氰菊酯污染土壤分子机理研究提供了依据，也将有助于更好地设计用于农田栽培环境中农药污染土壤的植物修复工程系统。