根际微生物增强宿主植物耐铬能力生理机制研究进展

植物根际有大量微生物,其中一部分微生物,如根际促生菌、丛枝菌根真菌、非麦角属内生真菌和外生菌根真菌,在改善宿主营养状况,缓解宿主由于旱涝、盐分和重金属等环境胁迫导致的危害中起到重要作用.笔者将以这4种根际微生物为例,综述它们提高宿主植物耐铬性的内在机制,如通过促进宿主生长、降低根际土壤中铬的有效性、降低铬从根系向叶片的转运以及利用自身组织固持铬等,直接或间接地提高植物对铬的耐受能力,展现出多样且互有差异的功能.同时,笔者提出了铬在根际微生物与宿主的共生体系内转运和解毒行为的分子和生理机制上的不足,并对未来根际微生物互作的研究内容提出了展望.     

丛枝菌根对盐胁迫的响应及其与宿主植物的互作

丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizae Fungi,AMF)作为陆地生态系统的组成部分之一,在促进宿主植物对土壤养分和水分的吸收、提高植物生物量生产、调节种群和群落的结构、维持生态系统的稳定性等方面发挥了重要作用。其中,盐渍化是自然生态系统中广泛存在的一种胁迫生境条件,全球盐渍化土地约占耕地总面积的10%,因而探讨AM菌根在此胁迫生境下对宿主植物生长的影响具有重要意义。从以下几个方面,围绕盐胁迫条件、AM菌根和宿主植物三者之间的关系对当前国际上相关领域的研究进展进行了综述:1)AM真菌对盐胁迫的响应,包括菌根共生体形成、菌根侵染率、AM真菌的分布、菌丝体生长发育、孢子的形成和分布等;2)盐胁迫条件下AM菌根对宿主植物的效应,包括AM菌根促进宿主植物对P、N等元素的吸收、降低植物体内Na 的含量、提高光合作用能力,进而提高植物的生物量和对植物的群落结构产生影响等;3)AM菌根提高宿主植物耐盐性的机理,分别从植物根系形态的改变、水分吸收能力的加强、细胞内营养物质的平衡,以及细胞生理代谢的调节等方面对AM菌根促进植物抗盐性的机理进行了剖析。     

丛枝菌根-植物修复重金属污染土壤研究中的热点

随着菌根研究和植物修复技术的发展,利用丛枝菌根强化重金属污染土壤的植物修复逐渐受到人们的重视。本文系统综述了当前的几个研究热点:(1)菌根植物吸收和转运重金属的分子机制;(2)AM真菌对超富集植物重金属吸收的影响及其机制;(3)AM真菌对转基因植物重金属吸收的影响及其机制;(4)AM真菌与其他土壤生物在植物修复中的复合作用;(5)丛枝菌根与化学螯合剂在植物修复中的复合作用;(6)重金属复合污染土壤的丛枝菌根-植物修复;(7)放射性污染土壤的枝菌根-植物修复;(8)丛枝菌根-植物修复的田间试验研究。在未来的丛枝菌根-植物修复研究中,要筛选优良的宿主植物和与之高效共生的AM真菌,加强相关理论和应用基础研究,并构建高效基因工程菌。     

丛枝菌根对土壤-植物系统中重金属迁移转化的影响

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)是一类在自然和农业生态系统中广泛存在并能与多数陆生植物形成共生关系的土壤真菌,在重金属污染土壤中对宿主植物的生长及吸收累积重金属具有重要影响,因而对污染土壤的生物修复具有潜在应用价值。以重金属从根际土壤进入植物并在植物体内再分配过程为主线,介绍丛枝菌根在这一过程中对重金属环境行为,特别是根际土壤中重金属赋存形态及植物吸收重金属的影响。最后,对丛枝菌根影响植物重金属耐性机制研究前沿和菌根修复技术的应用前景进行展望。     

菌根真菌增加植物抗盐碱胁迫的机理

菌根是菌根真菌与高等植物根系形成的一种共生体，能够促进植物在瘠薄土壤中的生长。文章通过综合近20年来国内外在菌根植物抗盐碱研究方面的成就，论述了在高盐胁迫下，菌根对其寄主植物耐盐碱能力的影响；指出菌根植物可能主要通过以下4个方面增加对高浓度盐碱环境的抗性：增加植株对P等矿质营养元素的吸收，改善了盐胁迫引起的营养亏缺；改变植物体内离子平衡，降低其生理毒害；增加植株对水分的吸收和利用能力，缓解了生理性干旱；改变了植物根系形态，促进根系水分吸收能力。在分析菌根真菌增加植物抗盐碱胁迫机理的基础上，还对该问题的研究前景提出了设想，为盐碱地改良提供参考依据。     

根瘤菌、丛枝菌根（AM）真菌与宿主植物共生的分子机理

丛枝菌根(AM)真菌和根瘤菌是两类重要的共牛微生物,分别能够与宿主植物形成丛枝菌根和根瘤,其中,对二者共有的宿主植物--豆科植物而言,则能够形成AM真菌-豆科植物-根瘤菌三重共生体.两类微生物与宿主植物共生关系建立的关键是二者之间的相互识别以及随后的侵染,其相互识别过程就是它们相互交换信号分子、相互作用的过程,而这两类微生物与宿主植物的识别过程具有许多相似之处.本文就根瘤菌、AM真菌与宿主植物在分子水平上的共生机理进行了综述,在对宿主植物分泌信号分子识别的基础上,提出植物根系对两类微生物侵染的感应机制,分析了共生体形成过程中相关基因的转录与表达,进而阐明了共生体的形成过程,并对本领域的未来发展提出了建议.     

酸雨胁迫下接种土壤微生物对栾树幼苗生长的影响

为探讨菌根真菌对宿主植物在酸雨逆境中的调节作用,以华北地区森林群落常见树种栾树(Koelreuteria paniculata)幼苗为研究对象,采用双因素完全随机试验设计开展盆栽试验,设置了3个酸雨梯度(pH分别为3.5、4.5、5.6)及2种土壤微生物接种方式(接种、不接种),对各处理下幼苗生长情况、叶片氮磷含量、根内泡囊-丛枝菌根真菌(Vescile-Arbuscular Mycorrhizal fungi)定殖情况进行测定及分析。结果表明:(1)栾树幼苗根系泡囊-丛枝菌根真菌表现出趋酸性的特征,其侵染率在pH 3.5中定殖率最高(76.3%),在pH 5.6中定殖率最低(34.4%);(2)在pH 3.5和pH 4.5酸雨处理中,接种土壤微生物显著促进了栾树幼苗的生长(P0.05),但在p H 5.6处理则无显著促进作用(P0.05),接种土壤微生物显著降低了3种酸雨胁迫下栾树幼苗叶片氮及氮磷比值,栾树幼苗在强酸胁迫下有更高的菌根依赖性(pH3.5:MD=54.2%,p H4.5:MD=38.7%,pH5.6:MD=0);(3)相关性分析表明,在pH3.5和pH4.5处理中,菌根真菌侵染率与苗木生物量、株高、基径、叶片氮及叶片氮磷比等显著相关(P0.05),而在pH 5.6处理中则均无显著相关关系。栾树幼苗泡囊-丛枝菌根真菌在强酸胁迫下表现出提高定殖率的适应策略;强酸胁迫下(pH 3.5、pH 4.5),泡囊-丛枝菌根真菌对栾树幼苗生长的调节作用较弱酸胁迫(pH5.6)明显;接种土壤微生物通过提高泡囊-丛枝菌根真菌的侵染率促进强酸雨下栾树幼苗基径、株高、地上及地下生物量。研究结果在一定程度上反映了接种土壤微生物对酸胁迫下栾树幼苗的促生长作用模式及调节作用。     

植物铜耐性机理的研究进展

主要从植物根细胞壁积累固定、细胞膜对铜的吸收控制、金属配体的螯合作用、铜在系统液泡的分隔机制及胁迫蛋白的合成5个方面,分别阐述植物对铜分子的耐性机制的研究进展,全面了解了铜在植物中的亚细胞分布、铜在植物根系到地上部分运输过程的转运机制以及植物在铜胁迫下的抗性反应等。并在此基础上提出了存在的问题以及今后研究的重点。     

植物耐受和解除重金属毒性研究进展

总结了植物细胞及分子水平对重金属耐性和解除其毒性的途径.植物通过避免增加细胞内敏感位点毒物浓度来解除重金属毒性.其途径主要有:一方面通过菌根化、细胞壁吸收及根系分泌物的螯合作用减少根系吸收重金属进入细胞质;另一方面通过体内调节机制解除重金属毒性和提高耐性,主要通过一系列膜蛋白对进入细胞质内的重金属排出细胞质外、隔离于液泡中,或将重金属转变为无毒性形态挥发入大气,或通过细胞质内的植物螯合素、金属硫蛋白、有机酸、氨基酸、多胺等对重金属螯合,解除重金属毒性;同时植物还可以在重金属胁迫下产生热休克蛋白修复胁迫伤害的蛋白质.本文提供了涉及植物重金属解毒和耐性广泛的观点和证据.     

不同菌根类型植物叶片灰分含量及其对气候变化响应的差异

丛枝菌根和外生菌根是菌根的2个主要类型,在生态系统中,两种类型的菌根都扮演着重要的角色,但众多研究表明,这两种类型菌根的生态功能有所差异。文章针对中国陆地植物叶片灰分含量,探究了丛枝菌根和外生菌根植物叶片灰分含量的差异,并研究了植物叶片灰分含量对气候变化响应随两种菌根类型不同而变化的情况。结果表明,中国陆地植物叶片灰分含量因丛枝菌根和外生菌根的不同而存在明显的差异,丛枝菌根植物叶片灰分含量为127.9 mg·g~(-1),显著高于外生菌根植物叶片(55.2 mg·g~(-1))。随着两种菌根类型的不同,植物叶片灰分含量对气候变化的响应也存在显著的不同,丛枝菌根植物叶片灰分含量受到纬度和温度变化的显著影响,而外生菌根植物则未受到二者的影响。丛枝菌根植物叶片灰分含量随气温的变化,呈现出明显的二次函数的变化规律(P0.01);丛枝菌根类型叶片灰分含量随纬度的增加,也呈现显著增加的趋势。两种菌根类型植物叶片灰分含量随降水量和土壤p H的变化而变化,虽然呈现出相同的变化趋势,但其变化速率却不同;丛枝菌根植物叶片灰分含量更易受到降水的影响,其敏感程度是外生菌根的1.61倍;对于土壤p H变化的影响,外生菌根植物的反应则更为敏感。可见,丛枝菌根和外生菌根植物叶片灰分含量存在着显著的差异,二者对气候变化的响应也存在明显的不同。     

重金属对水生生物的生态毒理效应及生物耐受机制研究进展

近年来,随着国民经济的快速发展,重金属以其特有的性质而被大量的应用于生产生活当中,同时也由于各种原因造成了水体重金属污染现象。水体重金属污染不仅对水生生物的生长和繁殖造成了严重的威胁,同时也威胁到人类的健康。因此,重金属污染具有潜在的生态与健康风险。本文主要概括介绍了重金属对水生植物、动物、微生物的生态毒理效应以及水生生物对重金属的各种耐受机制,展望了重金属对水生生物生态毒理效应的未来研究重点和方向。     

抗生素、重金属和杀生剂抗性共选择机制

细菌抗生素抗性已被世界卫生组织认定为对公众健康的重要威胁。细菌抗性除了受到抗生素的直接选择压力,也受到其他物质如重金属和杀生剂的共同影响。研究发现,细菌可以通过外排泵系统、细胞膜通透性改变、作用靶标点的改变、酶修饰或降解作用、应激反应改变生理特性、金属螯合和生物转化等抗性机制对这些选择压力产生抗性,或者通过协同抗性、交叉抗性和共调控抗性的机制产生多重抗性。本文综述了细菌对抗生素、重金属和杀生剂的单一抗性机制、多重抗性机制,以及重金属和杀生剂对细菌抗生素抗性的影响机制,并分析了目前研究的不足之处。     

植物修复土壤重金属污染中外源物质的影响机制和应用研究进展

重金属进入土壤后难以被降解,并通过食物链在生物体内富集,长此以往会导致中毒、癌症、畸形、突变,严重影响了人类生产活动及地球生态系统的稳定。植物修复技术是一种经济有效的重金属污染修复技术,其依靠超富集植物强大的自身抗性机制,从土壤中提取或稳定重金属,达到污染治理的目的。然而修复土壤重金属污染的超富集植物通常生长缓慢、生物量低,其抗性机制也会受到植物本身对重金属胁迫的阈值限制,当胁迫超过这个阈值,植物修复的效率就会大大降低甚至失去修复功能。文章在解析植物重金属相互作用机制的基础上,综述了添加外源物质对重金属毒害植物的缓解效应以及其在强化植物修复土壤重金属污染中的应用研究进展;介绍了应用外源物质调控植物吸收转运重金属的3种途径,分别为提高土壤重金属生物利用度、促进植物生长以及增强植物耐性。提出了应用外源物质作为强化植物修复措施的潜力及今后的研究方向,其未来的研究应着重于以下方面:明确外源物质的应用浓度、时期、方式与植物吸收转运重金属之间的关系;从植物内源激素及信号分子间的互作、抗逆基因表达、内生及根际微生物等不同层面上揭示外源物质对植物积累重金属的调控机理;开展外源物质与其他植物修复强化技术的联合应用研究。这些研究可为土壤重金属污染的植物修复技术及其强化措施研究提供科学依据,同时也对植物修复工程技术的发展实践具有一定的指导意义。     

重金属污染预防品种的筛选与培育

植物吸收和累积重金属不仅存在显著植物种间差异,同时存在显著植物种内差异,从而为筛选和培育重金属污染预防品种（PSCs）提供了可能。文章综述了植物吸收和积累重金属的种间差异和种内差异、植物积累重金属品种差异的机理以及重金属污染预防品种的筛选和培育等研究进展,并对未来该领域的研究进行了展望。     

贵、重金属的生物吸附

采矿业和工业废水中常含有大量的重金属离子 ,严重污染环境 ,危害人类健康 .因此 ,治理重金属污染的技术受到极大重视 .贵金属是指钌 (Ｒｕ)、铑 (Ｒｈ)、钯 (Ｐｄ)、银 (Ａｇ)、锇 (Ｏｓ)、铱(Ｉｒ)、铂 (Ｐｔ)、金 (Ａｕ)等 8种金属 ,由于其特殊性能 ,广泛应用于航天航空、电子和石油化工等工业 .随着工业的发展 ,贵金属的应用愈加广泛 ,但贵金属资源稀少 ,冶炼困难 .因此 ,从含贵金属的废料、废液和废水等“二次资源”中回收贵金属具有重要的经济和社会意义 .从废液、废水中去除重金属或回收贵金属 ,传统的方法有化学沉淀法、电解法、离…     

外来植物入侵机制研究进展与展望

从植物入侵的内因、外因、驱动力和入侵过程等方面综述了植物入侵机制的研究进展:(1)外来植物由于预适应性较强或由于杂交和多倍体化而具有较强的侵染力:(2)外来植物由于逃脱原生区域的自然天敌,或由于土著种竞争较弱、生物多样性较低、植食动物或疾病较少等导致的生物抵抗力较低,或因良好的资源可获得性及入侵植物的化感作用等造成新栖息地可侵人性的增加;(3)自然或人为引入外来植物及对新栖息地的扰动是植物入侵的驱动力;(4)外来植物可能通过基于事件的入侵、入侵崩溃和协同入侵等人侵过程机制实现其成功入侵,分析了各入侵机制对入侵植物防控、生态学和进化学研究意义以及待解决问题.结果表明,植物入侵机制高度复杂,不同的外来植物种、新柄息地类型及植物入侵的不同阶段,各入侵机制可能单独或共同作用,为针对性地设计植物入侵防控方案提供了理论支撑.最后对植物入侵机制理论及其在植物入侵预测、危险性分区和防控中的应用研究等进行了展望.     

增强UV-B辐射对植物的影响

综述了大气臭氧层的减少是影响地面UV-B辐射增强的主要因素,并进一步简述了增强UV-B辐射对陆生植物影响的最新研究进展。UV-B辐射一方面在分子水平上直接或间接地损害植物的DNA分子和蛋白质的结构,从而影响植物的各种生理生化过程影响;另一方面对植物的形态学特征(如叶表皮结构和花的形态结构等)产生广泛的影响。过强的UV-B辐射穿过叶表皮后直接对植物的光合系统、膜系统和植物生长调控激素等方面产生影响,从而会在植株个体、种群和生态系统等层次上表现出来。增强UV-B辐射作为全球变化因子,可导致敏感植物种类的死亡或退化,较能忍耐UV-B辐射的耐荫树种比阳生树种的适应性更强,能竞争到更多的利用资源,因此,在全球UV-B辐射增强下阳生树种可能会提早退出植物群落,这对森林群落的演替更新会起着重要的作用。文章还综述了UV-B辐射与其它污染胁迫因子和环境因子的复合作用共同对植物产生的影响,以及植物对UV-B辐射的防御和修复等防护对策,提出了今后要加强对生态系统的大尺度、长时间的宏观研究,以及开展增强UV-B辐射对地下生态学,对DNA的修复与表达机理,对植物信号接收和传导的新途径等方面的研究。     

Increase of multi-metal tolerance of three leguminous plants by arbuscular mycorrhizal fungi colonization

A greenhouse pot experiment was conducted to investigate the effects of the colonization of arbuscular mycorrhizal fungus (AMF) Glomus mosseae on the growth and metal uptake of three leguminous plants (Sesbania rostrata, Sesbania cannabina, Medicago sativa) grown in multi-metal contaminated soil. AMF colonization increased the growth of the legumes, indicating that AMF colonization increased the plant’s resistance to heavy metals. It also significantly stimulated the formation of root nodules and increased the N and P uptake of all of the tested leguminous plants, which might be one of the tolerance mechanisms conferred by AMF. Compared with the control, colonization by G. mosseae decreased the concentration of metals, such as Cu, in the shoots of the three legumes, indicating that the decreased heavy metals uptake and growth dilution were induced by AMF treatment, thereby reducing the heavy metal toxicity to the plants. The root/shoot ratios of Cu in the three legumes and Zn in M. sativa were significantly increased (P < 0.05) with AMF colonization, indicating that heavy metals were immobilized by the mycorrhiza and the heavy metal translocations to the shoot were decreased.     

The microbiological control of mine waste pollution

The removal of heavy metals and neutralisation of acidity in mine waste waters by algae and bacteria are reviewed. Algal growths in artificial meander systems have been shown to remove significant quantities of heavy metals and fine particulates from mine waste waters. Bacterial systems for the oxidation of ferrous iron and the reduction of sulphate leading to neutralisation of acidity are described. The use of bacterial extracellular polymers in the removal of heavy metals from solution is discussed with reference to its application to acid mine waters. It is concluded that a combination of bacterial and algal systems with process optimisation, including nutrient amendment, may provide suitable treatment for mine waste waters. Metal-resistant bacteria may also be important in reclamation, where it is possible that they can confer some degree of tolerance on the plants used to revegetate metal-contaminated tailings dumps.