环境污染已成为人类世最持续且严峻的生态挑战之一。采矿、冶炼和工业化等人类活动将地壳中大量有毒金属释放到环境中，导致这些金属在全球范围内的岩石圈、水圈和大气圈中广泛累积。全球评估表明，14%~17%的农业土壤中至少有一种金属含量超过安全阈值，对生态系统功能、粮食安全和人类健康构成严重威胁，并使近10亿人口面临更高的健康风险。由于这些金属可在土壤中存留数十年甚至数百年，寻找可持续的污染生态系统修复方已成为全球性优先议题。植物修复技术（phytoremediation）是利用植物提取、固定或解毒污染物的一种技术，近年来已成为缓解土壤污染的环境友好型手段。然而，在受污染的生态系统中生长的植物往往面临强烈的环境胁迫，生长与防御过程之间还可能存在权衡关系（图1）。目前，关于这种权衡如何调控复杂的多重金属污染条件下的植物修复效率，相关研究仍较为匮乏。

中国科学院西双版纳热带植物园（以下简称“版纳植物园”）的研究人员以铅、锌、锰矿区污染环境中自然生长的21种植物为研究对象，对该科学问题展开研究。研究结合野外调查与生理生化分析，旨在揭示植物生长-防御权衡关系如何影响植物修复潜力。研究结果表明，植物修复并非是植物的固有性状，而是由物种特异性的权衡关系所决定。在受污染生态系统中，随着脯氨酸、抗氧化酶含量的增加以及脂质过氧化水平的提升（防御资源分配），植物叶绿素含量显著下降（生长受到抑制）。这些结果表明，暴露在重金属污染下，植物会将资源分配从生长转向防御，作为一种适应性策略。进一步分析发现，不同防御性状在特定金属的解毒过程中发挥的作用存在差异：脯氨酸渗透调节物质的累积与锌、铅、锰、镍、镉、钴、铬、铜的植物修复过程均存在显著相关性。结构方程模型进一步证实，受污染环境在促进植物修复过程的同时，会增强植物的防御响应并抑制生长相关的性状（图2）。

能够在生长与防御之间维持资源平衡分配的物种，更能耐受有毒环境胁迫，对生态系统恢复更有贡献。本研究对重金属污染区域的环境管理、生态安全及生态修复工作具有重要意义。将植物生长-防御动态变化纳入生态修复规划体系，可能有助于提升生态系统的长期稳定性，同时降低传统工程修复技术的成本及环境影响。

相关研究以“Plant growth-defense trade-offs regulate phytoremediation efficiency and ecosystem resilience in the contaminated environments”为题，发表于Journal of Environmental Management上。版纳植物园森林生态系统结构、功能与动态研究组博士后Zeeshan Ahmad为第一作者，杨洁研究员为通讯作者，饶江波、Muhammad Ilyas、徐国瑞参与该研究。该研究得到云南省“兴滇英才支持计划”云岭学者项目、云南省重点研发计划等项目资助。

图1 重金属污染土壤中植物生长-防御权衡关系概念图

图2 环境污染、植物修复与植物生长-防御权衡的响应关系