γ-PGA能强化盐生植物，帮助修复次生盐碱土壤

土壤盐碱化严重影响了我国耕地质量，中国有38.4万公顷盐渍耕地，占耕地总面积的11.30%。次生盐碱化是主要由农业活动引起的土壤盐碱化过程，例如盲目施肥、不合理的灌溉和不当的种植模式，导致土壤养分失衡、土地退化、植物生长障碍以及产量和质量下降。植物修复是一种很有前途的盐碱地回收技术，因为它成本低、环境友好、适应性强、经济价值高。盐生植物的利用被认为是植物修复的可持续替代方案，可以缓解植物收获后的土地退化和改良盐碱土壤。唐东等以受离子污染的沙壤土为研究对象，进行了盆栽实验，通过两种盐生植物与γ-PGA应用程序集成。

PGA是什么？

γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是一种可生物降解、无毒和多功能的生物聚合物，可以促进土壤团聚体的形成，以保持土壤肥力和调节微生物群落结构，提高植物抗氧化能力，缓解盐胁迫，促进植物生长。γ-PGA还可以稳定土壤中的Cd和Pb，以削弱其生物利用度，从而减少它们在作物中的吸收和积累。

实验设计

使用景天三七和田菁幼苗进行盆栽实验，100 mL不同浓度的γ-PGA 溶液加入1.5kg的供试土中并充分混合，然后分别填充在塑料盆中。在对照处理中，使用100 mL去离子水代替γ-PGA溶液。将生长相似的盐生幼苗移植到花盆中进行栽培。研究期间没有施用肥料。自然采光下相对湿度为62%–68%，温室温度为25±3°C。56天采集植物样品，立即测量鲜重和株高。人工分离植物叶片，在冰浴中完全匀浆，测定脯氨酸、可溶性蛋白、丙二醛和超氧化物歧化酶等生理参数。

Ca²⁺和Mg²⁺在盐渍土壤中与γ-PGA的结合

γ-PGA浓度、pH值和温度对盐渍土壤中Ca²⁺和Mg²⁺结合的影响进行了研究，结果如图1所示，可以看出，Ca²⁺和Mg²⁺的结合效率随着γ-PGA浓度的增加而增加，当γ-PGA浓度增加到1000 mg/L时趋于恒定(图1a），可用1000mg/Lγ-PGA溶液（pH7）在25°C下结合土壤中Ca²⁺和Mg²⁺。

图1 γ-PGA浓度(a)、pH (b)和温度(c)对盐渍土壤中Ca²⁺和Mg²⁺结合的影响

Ca²⁺和Mg²⁺与γ-PGA结合的动力学特征

图2a为加入γ-PGA后，盐渍土壤中水溶性Ca²⁺和Mg²⁺的浓度变化。可以看出，Mg²⁺浓度随时间呈下降趋势，15分钟后趋于恒定。水溶性Ca²⁺和Mg²⁺与γ-PGA的结合效率分别为51.59%和68.03%。γ-PGA具有多羧基结构，可以结合Ca²⁺和Mg²⁺，与单个和多个羧基形成配合物（图3a和b）。此外，γ-PGA也有氨基，Ca²⁺和Mg²⁺可与γ-PGA形成分子内和分子间的环状配合物（图3c和d）。

图 2 添加γ-PGA(a).后土壤中水溶性Ca²⁺和Mg²⁺的浓度变化拟一阶动力学模型(b)和二阶动力学模型(c)（γ-PGA浓度：1000mgL−1，pH：7，T：25^◦C）的拟合曲线。

图 3.Ca²⁺和Mg²⁺与γ-PGA络合形成的可能产物

盐生植物和γ-PGA对盐碱地的综合修复

根据Ca²⁺和Mg²⁺与γ-PGA的结合能力，研究盐生植物对γ-PGA对盐土的修复性能，结果如图4所示。对于对照处理土壤中Ca²⁺和Mg²⁺的含量随着培养时间的增加而降低。培养56天后，景天三七对Ca²⁺和Mg²⁺的去除效率分别为64.10%和51.90%（图4a和c），施用γ-PGA后，土壤中NO₃^-含量呈先略有下降，然后迅速上升，最后迅速下降的变化趋势（图4e和f）。NO₃^-在L1、L2、L3和L4中56天的去除效率分别为82.09%、88.46%、84.26%和77.13%。与LCK相比，γ-PGA的应用可以有效地去除土壤中的NO₃^-。

图 4.γ-PGA的应用对盐生植物修复过程中土壤Ca²⁺、Mg²⁺和NO₃^-含量的影响

综合修复中盐生植物的生长

综合修复中两种盐生植物的鲜重和株高如图5所示。与LCK相比，景天三七在L1、L2、L3和L4的鲜重分别增加了74.36%、48.33%、147.4%和29.92%，而株高分别增加了34.65%、79.72%、169.46%和129.67%（图5a）。特别是，这两个指数在 L3 中都达到最大值。与PCK相比，所有γ-PGA处理的田菁株高均有所增加，但鲜重仅在P1中增加，在P2、P3和P4中未观察到显著差异（图5b）。P1处理鲜重和株高分别增加56.08%和53.61%。

两种盐生植物生长参数的差异可能与植物种类及其对γ-PGA的适应性有关。γ-PGA可以显著提高植物根系的养分吸收能力，促进植物生长，从而增加植物生物量。在这项研究中，γ-PGA可以结合Ca²⁺和Mg²⁺降低盐生植物在土壤中的含量，从而减轻盐生植物在生长期的盐分胁迫。盐生植物进入快速生长阶段后，能有效吸收释放的Ca²⁺和Mg²⁺在γ-PGA降解期间。

图 5 γ-PGA对景天三七(a)和田菁生长的影响(b)（不同字母表示在5%置信水平下，处理之间存在显著差异）

综合修复中盐生植物的生理参数

施用γ-PGA对植物生理参数的影响如图6所示。与LCK相比，景天三七的可溶性蛋白质含量随着γ-PGA的施用而增加，L4除外（图6a）。与PCK相比，田菁中的可溶性蛋白质含量在P1和P2中增加，但在P3和P4中减少（图6a）。随着γ-PGA的施用，MDA含量显著降低，景天三七和田菁的最小值分别出现在L3和P1中（图6c）。施用γ-PGA可明显增强两种盐生植物的SOD活性，但不同处理之间无显著差异（图6d）。两种盐生植物生理参数的差异可能与植物种类和γ-PGA施用量有关。

盐胁迫会增加活性氧（ROS）的产生并破坏细胞膜的完整性，导致渗透失衡和膜脂质过氧化，本研究施用1000和200 mg/Lγ-PGA可减轻盐胁迫对两种盐生植物的损害。

图 6.施用γ-PGA对植物生理参数的影响

1.  与景天三七相比，施用γ-PGA后对土壤具有较好的修复性能。

2.  施用1000mg/L的γ-PGA56天后，Ca²⁺、Mg²⁺和NO₃^-的移除效率（通过与γ-PGA的结合）分别达到93.25%、94.78%和84.26%。

3.  应用γ-PGA可以缓解盐胁迫，促进植物生长，提高抗氧化性能。