外源亚精胺调控黑麦草根系响应镉胁迫及其转录组学分析

应用外源生长调节物质是增强植物抗逆能力的有效手段之一.以黑麦草为受试植物,进行水培试验,探究外源基施0.1 mmol ·L^-1亚精胺（Spd）对不同水平（0、5和10 mg ·L^-1）镉（Cd）胁迫下黑麦草根系生理学和分子生物学两方面的影响.生理学研究结果表明,Cd胁迫显著降低黑麦草根系的生理机能,而添加Spd可有效缓解Cd引起的负面作用.其中对根系可溶性蛋白含量的影响最为显著,较5 mg ·L^-1和10 mg ·L^-1 Cd单独处理,分别提高了90.91%和158.35%.Spd还通过提高抗坏血酸（ASA）和谷胱甘肽（GSH）含量、过氧化物酶（POD）活性来抑制氧化胁迫产物丙二醛（MDA）和过氧化氢（H₂O₂）的积累,对根系活力和超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响则不显著.分子生物学研究结果表明,10 mg ·L^-1Cd胁迫致使黑麦草根部大量基因发生了差异表达,应用外源Spd后差异表达基因的数目、差异显著性和差异倍数均显著降低,GO富集分析最显著的部分由响应有机环状化合物、醛基/酮基转移酶活性变为响应三价铁离子和2''-脱氧麦根酸2''-双加氧酶活性.单基因表达热图分析发现,外源Spd上调了锌铁转运蛋白和2''-脱氧麦根酸2''-双加氧酶相关基因的表达,提高了根系对铁的吸收利用能力.综上所述,施用一定浓度的Spd可有效调控黑麦草根系对Cd胁迫的响应,增强其耐性生理,减轻Cd的毒害效应.     

不同冬小麦品种镉富集转运及离子组特征差异

为揭示影响冬小麦籽粒镉(Cd)含量品种差异的关键因素,通过大田试验种植3种Cd低积累小麦和2种Cd高积累小麦,研究不同品种各器官Cd的富集转运特征及离子组特征,并通过相关性分析和主成分分析探讨造成不同冬小麦品种籽粒Cd含量差异的关键器官、关键过程及关键元素.结果表明,颖壳、穗轴、节间1和节点1等器官的Cd富集系数,以及...     

转录组分析植物促生细菌缓解高粱微塑料和重金属复合污染胁迫机制

微塑料能成为其它环境污染物(比如重金属)潜在的转运载体,因此微塑料与重金属的复合污染越来越受到研究者的重视.为探究植物促生细菌VY-1缓解高粱微塑料和重金属复合污染胁迫机制,通过水培实验分析菌株接种对高粱生物量和重金属积累的影响,通过转录组学分析接菌对高粱基因表达的影响.结果表明,聚乙烯(PE)和镉(Cd)复合污染相比单一 Cd污染使高粱地上部和地下部干重分别下降17.04％和10.36％,表现出复合污染对植物生长毒性效应增强的症状.接种植物促生细菌VY-1能缓解Cd-PE复合污染的毒性,高粱地上部和地下部长度分别增加33.83％和73.21％,干重分别增加56.64％和33.44％.转录组测序结果表明,接种VY-1后高粱根部有904个基因上调表达.促生细菌VY-1接种能上调表达生长素、脱落酸、黄酮类和木质素生物合成通路中多个基因,促进了高粱在Cd-PE复合污染胁迫下的耐受能力,提高其抗性.以上研究结果表明植物促生细菌在微塑料和重金属的复合污染中能通过调节植物基因表达缓解所受到的胁迫,为重金属与微塑料复合污染植物-微生物联合修复提供了参考.     

真菌对磺胺二甲氧嘧啶降解过程的转录组分析及差异表达基因的功能分析

采用黄孢原毛平革菌降解磺胺二甲氧嘧啶(SDM),4d后SDM的去除率达74％,降解速率达3.24 mg·L-1·d-1.采用Illumina高通量测序平台对降解SDM后的菌株与对照组菌株进行测序,通过GO和KEGG富集分析,得到的差异表达基因能显著富集到与降解相关的\"氧化还原酶活性\"途径,及与应激反应有关的\"ABC转运...     

邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯对罗非鱼肝脏转录组影响研究

邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）作为生产量和使用量最多的一种邻苯二甲酸酯类化合物,其对水生生物具有多种毒性.本研究选用中国南方地区最重要的经济鱼类尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）作为实验对象,研究DEHP（50mg/kg bw）作用下罗非鱼肝脏组织内转录组的响应特征.利用IlluminaTM HiSeq 4000测序平台对DEHP处理组和对照组尼罗罗非鱼肝脏RNA样品分别进行转录组测序.对照组和DEHP暴露组分别获得30.10Mb和30.16Mb待分析数据（clean reads）,对转录组数据进行组装并去冗余后得到58,585个Unigene.将DEHP处理组和对照组的转录组数据进行比较一共获得5,008个差异表达基因,其中上调表达基因和下调表达基因分别为3,217个和1,791个.通过GO和KEGG功能分析后发现这些差异表达基因主要为机体免疫、生殖内分泌以及脂类代谢相关基因,这表明DEHP对尼罗罗非鱼肝脏毒性主要表现为免疫毒性、生殖毒性和脂类代谢紊乱.另外,实时荧光定量PCR验证结果发现转录组分析数据基本可靠.上述结果为在转录组水平筛选DEHP生物标志物,解析DEHP对罗非鱼毒性作用的分子机制提供了科学参考.     

不同浓度镉胁迫对3种芥菜型油菜幼苗生理特性的影响

2012年全球镉产量已增至2.3万t,镉污染对人类的伤害日趋严重。在芥菜型油菜(Brassica juncea)晋油6号、川油A-6和内引I号中,筛选出一个对重金属镉有较强耐受力的品种。水培条件下,利用不同浓度的外源镉对油菜幼苗进行处理,研究镉胁迫对芥菜型油菜幼苗叶绿素和丙二醛(MDA)含量、可溶性蛋白质浓度以及过氧化氢酶(CAT)活性的影响。3个参试品种中,晋油6号对重金属镉的耐受力最强。随着镉处理浓度的增大,晋油6号叶绿素含量的降低最为缓和,丙二醛的增长量最低,且通过产生新的可溶性蛋白质和提高过氧化氢酶活性来抵御逆境的能力最强。晋油6号在作为镉污染修复的植物材料上具有应用价值。     

不同水稻品种在镉铅胁迫下的吸收积累特性

选取20个水稻品种作实验材料,盆栽条件下研究镉-铅复合胁迫下水稻积累镉、铅的差异。研究发现沈稻529号在复合胁迫下,糙米中铅镉含量均符合国家规定的粮食卫生标准,初步认为沈稻529号具有成为铅镉复合低积累特性的潜力,进一步验证后,可用于轻度污染的耕地上种植生产。     

杂交稻和常规稻对复合污染稻田土壤砷镉提取效果差异研究

为实现对稻田土壤砷(As)、镉(Cd)污染的同步移除,利用根箱试验,选取代表性杂交稻(HR)和常规稻(CR)品种作为修复材料进行提取.为了评估种植HR和CR对土壤As、Cd的提取效果,以未种植水稻土壤作为对照(CK),利用孔隙水采集器在其全生育期内采集并监测土壤水溶态As、Cd浓度的变化;分别在水稻分蘖期、成熟期采用梯度扩散薄膜技术(diffusive gradients in thin-films,DGT)原位实时测定根际土壤剖面有效态As、Cd浓度;收获时利用分级提取法分析土壤As、Cd赋存形态及总量变化,并分析植株各部位的As、Cd累积量.结果表明:水稻生长能够有效消耗土壤中生物有效态As、Cd,且HR较CR表现出更高效的As、Cd同步富集能力.水稻成熟期,种植HR的土壤中DGT-As(扩散梯度薄膜提取态As)浓度较种植CR和CK处理分别下降69％和71％,DGT-Cd(扩散梯度薄膜提取态Cd)浓度分别降低35％和58％;HR和CR收获后土壤总As含量分别减少8％和1％,总Cd含量分别减少31％和14％;HR对土壤As、Cd的单株去除量分别为CR的1.2和4.5倍;每年种植两季HR对土壤As、Cd的移除率分别为CR的1.2和4.3倍.研究显示,种植HR对As、Cd具有更高效的提取能力,可优先作为修复材料对稻田土壤生物有效态As、Cd进行专性提取减量,为As、Cd复合污染稻田土壤清洁提供了一条有益路径;但还需结合水分优化管理、施加促溶剂等方式形成修复链,进一步提高修复效率,缩短修复年限.     

镉胁迫下不同小麦品种对镉的积累特性

通过盆栽试验筛选籽粒Cd低积累型小麦品种,为重金属污染耕地安全利用提供技术支撑.试验研究了 119个小麦品种植株各部位分别在1.5 mg·kg-1(低含量)和4.0 mg·kg-1(高含量)Cd污染土壤条件下对Cd的富集和转运特性,并探讨了小麦不同器官Cd含量的相关性和土壤Cd含量与小麦吸收Cd的关系.结果表明:①供试...     

施锌对碱性土壤-小麦幼苗体系累积镉的影响

锌(Zn)肥应用在降低小麦镉(Cd)富集方面具有一定潜力,但其作用机制不甚明确.以北方碱性土壤为研究对象,通过盆栽试验,在土壤-小麦幼苗体系中,探究施加不同含量锌肥后,Zn-Cd交互关系的变化,及其对小麦幼苗累积Cd的影响.结果表明,施Zn不能显著降低各处理组小麦幼苗地上部Cd含量,但在高Zn用量下,地下部Cd含量较对照显著下降41.5%,中用量组中施Zn量为150 mg·kg-1,可同时显著降低地上部(55.2%)及地下部Cd含量(53.5%).当土壤锌镉比(Zn/Cd)为28.9,施Zn后土壤Zn/Cd发生改变(变化范围在50.2～222.5),Zn-Cd交互作用对小麦富集转运Cd效应随之发生变化,当土壤Zn/Cd＜150时,Zn-Cd表现为拮抗作用,此时地上部ω(Cd)平均值为0.949 mg·kg-1,且随Zn/Cd增加拮抗作用逐渐增强;当土壤Zn/Cd＞150,此时地上部ω(Cd)平均值为0.839 mg·kg-1,Zn-Cd表现为协同作用,若继续增加施Zn量会促进地上部累积更多Cd.根据Zn-Cd交互特性,科学合理利用Zn肥可有效降低小麦Cd污染风险.     

栾树对湘潭锰尾矿土不同处理方式下植被修复盆栽实验

锰矿废弃地植被修复可促进矿区生态环境的改善和经济的可持续发展,植被修复方法和技术措施对锰矿废弃地的修复至关重要,混合基质中尾泥和尾渣的配置比例与配置方式也是提高植物存活率的关键技术措施.本研究采用栾树进行锰矿废弃物(尾泥和尾渣)盆栽试验,探讨不同混合比例处理方式下锰尾矿废弃物的特性以及栾树对重金属锰的植物修复效果.结果表明:(1)锰矿尾泥呈酸性,尾渣呈碱性,尾渣中全Mn和有效Mn含量高于尾泥,二者混合基质的p H值和全Mn含量则随着尾渣含量所占比例的增加而升高,但有效Mn含量则逐渐降低.(2)不同比例的尾泥和尾渣混合基质可以有效改善土壤的物理性质,提高栾树的存活率和改善植物的生长状况;随尾泥含量的增加,栾树总生物量增多,生产力提高,当V(尾渣)∶V(尾泥)=3∶1时的栾树生产力与对照土壤中的栾树生产力相当.(3)从栾树各器官的Mn富集量、生物富集系数和转移系数来看,栾树不属于Mn超富集植物,但作为Mn的低积累植物,属于Mn的耐性树种,具有较强的适应性,可用于锰矿废弃地的植物稳定修复.     

半固态培养条件下烟曲霉去除土壤中镉

选用了1株高耐镉(Cd)的烟曲霉,提出了利用烟曲霉在半固态培养体系表面生长并去除Cd的方法,研究了菌体对不同模拟Cd污染水平土壤中Cd的去除效果,测定了菌体吸附和富集Cd的变化.结果表明,烟曲霉在半固态培养体系中能够实现一定的Cd去除效果,Cd含量为10 mg·kg~(-1)时,对土壤Cd的综合去除率可达31%.同时通过研究不同Cd含量下烟曲霉干重和体系pH随时间变化情况,发现随着培养时间和Cd含量的增加,烟曲霉干重逐渐下降,最大下降幅度可达64%,pH为5.6~6.0时去除效果较好.培养过程中土壤Cd形态变化表明,烟曲霉在该体系下主要去除土壤中弱酸溶态和可还原态的Cd,可氧化态Cd含量在培养前后基本保持不变.这种方法的提出为微生物去除土壤重金属污染提供了新的思路.     

含vgb基因的重组毕赤酵母菌对重金属离子的吸附解吸特征

酵母因为其比表面积大、密度高被广泛用于水体中重金属的吸附.本文研究比较野生毕赤酵母KM71及含有vgb基因的重组毕赤酵母KM71对重金属Ni²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附解吸特性,并研究混合金属离子对酵母菌吸附性能的影响.不同金属离子均在2 h达到吸附解吸平衡,酵母菌对不同种类金属离子的吸附具有选择性,温度和pH变化对毕赤酵母吸附重金属影响较小.重组毕赤酵母菌对重金属的抗性更强.通过对环境因素及复合剂的优化,得到对重金属镉、镍、铅具有高效吸附性能的重组酵母菌,重组酵母菌对单元素溶液中Ni²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附量分别为10.56、17.68和20.14 mg·g^-1,对三元金属混合溶液中的Ni²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附量分别为8.28、9.89和19.99 mg·g^-1.通过条件优化重组毕赤酵母对Ni²⁺、Cd²⁺和 Pb²⁺的吸附率分别提高了15.14%、21.04%、18.47%,吸附量分别提高了11.26、13.43、22.90 mg·g^-1.本试验为促进酵母菌在处理重金属污染废水中的广泛应用提供了科学依据.     

头孢噻肟钠与重金属对AmpC β-内酰胺酶类抗性基因转移的影响

为探究抗生素和重金属对抗性转移及接合子抗性基因丰度的影响,借助绿色荧光蛋白标记质粒,采用滤膜接合配对方法研究了胁迫条件对细菌接合频率的影响,定量检测了转移后的AmpC β-内酰胺酶类抗性基因丰度的变化.结果表明,头孢噻肟钠及重金属共胁迫促进了AmpC β-内酰胺酶类抗性基因从复杂群落到Escherichia coli BL21的转移.3μg·L~(-1)头孢噻肟钠胁迫下,细菌接合频率为空白组的2.06倍,其中,接合子耐药基因CIT、FOX和EBC的相对丰度分别升高了7.47、4.30和1.60倍.同时,以3μg·L~(-1)头孢噻肟钠胁迫组为对照,研究了重金属汞、铜和锌共胁迫对抗性转移的影响,考虑到头孢噻肟钠的水解特性和接合子克隆性扩增,接合时间定为3 h.结果发现,汞、铜、锌与头孢噻肟钠共胁迫组的细菌接合频率分别比对照组增长了2.57、1.60和1.74倍.汞共胁迫对接合子中7种AmpC β-内酰胺酶类抗性基因丰度无显著影响;铜共胁迫效应因抗生素抗性基因(ARGs)种类不同而不同,其中,对抗性基因EBC相对丰度的影响最大;锌共胁迫效应受锌离子浓度和ARGs种类影响,100 mg·L~(-1)锌共胁迫使得EBC和CIT丰度比对照组分别增加3.56和2.76倍.可见,抗生素与重金属共胁迫条件可促进环境中AmpC β-内酰胺酶类抗性基因的转移,值得关注.     

硫杆菌对固化污泥中重金属浸出的影响

污泥固化后能够降低重金属的浸出风险,但是污泥中硫杆菌的活动存在再次将重金属浸出的可能。针对这种问题采用生物反应器强化固化污泥中硫杆菌的活性,研究了污泥固化前后硫杆菌的活性及重金属浸出的变化。试验结果表明污泥经过固化处理后其中的硫杆菌仍然存在一定的活性,硫杆菌的活动能够降低固化污泥的pH值同时造成氧化还原电位的升高,重金属的浸出量有所增加;但是随着固化水平的提高硫杆菌的活动受到抑制的程度越来越高,当固化水平达到5:2:2时硫杆菌已基本停止活动,不能对重金属浸出产生影响;随着固化龄期的增加硫杆菌的活性也在减弱,达到某一龄期时其活性趋于稳定,重金属浸出也趋于稳定;固化污泥中硫杆菌生物量小于某一极限值时生物沥滤难以启动,不会对重金属的浸出产生显著影响。     

三叶鬼针草等7种常见菊科杂草植物对重金属的超富集特征

超富集植物是植物修复重金属污染土壤技术最主要的内容,而超富集植物的筛选是植物修复技术的难点和重点.采用室外盆栽试验的方法, 研究了我国北方较常见的7种菊科植物对重金属的超富集特征. 盆栽筛选试验表明, 蒲公英和三叶鬼针草对Cd单一及Cd-Pb-Cu-Zn复合污染的耐性较强, 植物地上部镉含量分别高于其根部镉含量,地上部镉的富集系数也均大于1, 具备了镉超富集植物的基本特征. 以这2种植物为试材的盆栽浓度梯度试验表明, 当土壤中Cd投加浓度分别为25、 50、 100 mg·kg^-1时,三叶鬼针草地上部生物量没有明显下降(p<0.05), Cd含量均大于其根部Cd含量, 且其叶中Cd含量均大于100 mg·kg^-1, 达到了Cd超富集植物应达到的临界含量标准.而蒲公英在这3个处理条件下,其叶片中Cd含量均没有超过100 mg·kg^-1. 可见只有三叶鬼针草完全具有镉超富集植物的基本特征,是镉超富集植物.     

生物炭-植物联合修复对土壤重金属Pb、Cd分布效应

土壤重金属污染是黄河三角洲湿地退化的重要驱动因素之一,Pb、Cd作为该区域典型的重金属,存在较高的潜在生态风险.目前在土壤修复领域,植物修复、化学修复等单一修复方法具有一定的局限性,而生物炭因其强吸附性及丰富的官能团与植物修复技术具有结合的潜力,因此,探究二者联合修复对土壤重金属的分布效应,对于寻求更加绿色高效的修复方...     

铜绿假单胞菌对铜和铅的吸附

研究了铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)对Cu和Pb的吸附特性.结果表明,相同条件下,该菌株对Cu~(2+)的吸附率低于Pb~(2+).对于单一重金属体系,吸附率均随时间的延长先上升后平稳变化,2 h达到稳定.吸附率随投菌量的增加先迅速增加,之后趋于平稳.对于Cu~(2+),投菌量为1 g·L~(-1)时吸附率达到稳定,而Pb~(2+)的吸附效果达到平稳时的投菌量为0.5 g·L~(-1).单位质量菌体对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附量随投菌量的增加而下降.pH为3时,菌体的吸附效果较差,当pH为5~8时,2种重金属的吸附效果较高.对于活菌,Pb~(2+)对菌体吸附Cu~(2+)有抑制作用,而Cu~(2+)对菌体吸附Pb~(2+)的影响无明显规律.对于失活菌,P.aeruginosa吸附Pb~(2+)和Cu~(2+)的效果均随共存重金属浓度的增大而降低,但Cu~(2+)对Pb~(2+)的影响比Pb~(2+)对Cu~(2+)的影响更显著.扫描电镜观察发现,吸附后的菌体较吸附前聚集性更好.总体而言,P.aeruginosa能对水体中共存的Cu~(2+)和Pb~(2+)有较好的吸附效果.     

基于大肠杆菌的CellSense生物传感器毒性分析性能研究

采用聚碳酸酯膜直接固定法制备并优化了大肠杆菌（E.coli Top10）CellSense生物传感器微生物电极,探讨了其在重金属和有机污染物生物急性毒性分析中的应用性能.结果表明,基于对数生长后期和稳定期E.coli微生物电极的CellSense生物传感器具有良好的毒性分析性能,基于衰减期E.coli菌株的CellSense生物传感器毒性分析的稳定性和灵敏性降低;CellSense生物传感器测试得Hg²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、邻氯苯酚和对硝基苯酚对E.coli的EC50分别为0.6、3.1、5.8、180和94 μg/mL,制备的E.coli微生物电极在冰箱中4℃保存2个月,仍能很好地满足毒性分析的需要.