O3对水稻叶片氮代谢、脯氨酸和谷胱甘肽含量的影响

臭氧(O3)被认为是重要的气污染物之一,水稻又是主要的粮食作物,因而准确地评估O3浓度升高对水稻生长发育的影响具有十分重要的意义。采用开顶式气室法模拟研究了O3对水稻叶片可见伤害症状、氮代谢、脯氨酸和谷胱甘肽含量的影响。结果显示,O3污染胁迫会导致水稻叶片产生明显的伤害症状,具体表现为:老叶叶鞘褪绿,有褐斑,直至完全干枯;稻穗小且黄化,籽粒不饱满;水稻成熟期提前等。O3浓度升高对水稻叶片的硝酸还原酶活性有显著影响。当O3浓度为40、80和120nL.L-1时,水稻叶片硝酸还原酶活性与对照组相比均降低,其中,分蘖期分别降低了25.3%、67.4%和86.3%;拔节期分别降低了57.4%、75.7%和97.8%;抽穗期分别降低了91.0%、97.2%和99.3%;乳熟期分别降低了89.5%、89.5%和96.7%。水稻叶片铵态氮和硝态氮含量随着O3浓度的升高而显著地降低,例如当O3浓度为40、80和120nL.L-1时,与对照相比,水稻叶片硝态氮含量分别降低46.3%、52.7%和65.7%,铵态氮含量分别降低6.5%、12.9%和43.4%。O3污染胁迫下水稻叶片脯氨酸含量在不同生长期变化不同,分蘖期、拔节期和抽穗期脯氨酸含量在40nL.L-1浓度O3熏蒸下急剧地提高,但是随着O3浓度的增加,脯氨酸含量又不断地降低。在水稻乳熟期,脯氨酸含量均随着O3浓度的增加而显著地下降。O3污染胁迫导致水稻叶片还原型谷胱甘肽(GSH)含量显著低于对照组,而氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量显著高于对照组。当O3浓度为40、80和120nL.L-1时,乳熟期水稻叶片GSH含量分别比对照组降低68.7%、80.2%和78.2%,GSSG含量分别比对照提高494.4%、527.2%和439.8%。研究表明,O3污染胁迫对水稻叶片氮代谢和抗氧化系统产生了极显著的影响。     

臭氧对农业生态系统影响的综合评估：以长江三角洲为例

如何评价和预测近地层臭氧(O3)浓度持续升高对作物的影响是污染生态学研究的热点之一.依据改进的开顶式气室(Open-top chamber,OTC)实验资料,建立了我国长江三角洲地区O3与3种典型农作物(水稻、冬小麦和油菜)的剂量-响应(Dose-response)函数,并对该地区2003年作物产量损失进行了综合估算.研究结果表明:1)水稻、冬小麦和油菜3种作物的O3临界水平值分别为7.434、2.280和7.328ppm·h,冬小麦最为敏感;2)O3污染已造成该地区较为严重的产量损失,2003年水稻、冬小麦和油菜分别减产3.04%、17.08%和5.92%,经济损失达到5.76、7.68和2.61亿元.长江三角洲地区高浓度O3污染必须引起足够的重视。     

EDU对臭氧胁迫下菠菜急性伤害症状和光合特性的影响

如何减轻近地层臭氧(O3)体积分数持续升高对作物的影响是污染生态学研究的热点之一。运用改进的开顶式气室(open-top chambers,OTCs)装置,对嘉兴尖叶、嘉兴圆叶和荷兰35三种菠菜(Spinacia oleracea L.)进行连续5 d,每天8 h的臭氧急性暴露处理,且在暴露前24 h喷施300 mg.L-1质量浓度抗氧化剂ethylenediurea(EDU),研究EDU对臭氧胁迫下菠菜急性伤害症状及光合特性的影响。结果表明:(1)菠菜暴露于高体积分数O3时,叶片出现失水干枯、坏死斑等急性伤害症状,光合色素含量、气体交换参数和光响应参数显著降低,且下降幅度和暴露体积分数呈正相关。(2)菠菜经EDU处理后,光合特性参数明显提高。对O3和EDU作双因子分析发现,随着臭氧体积分数升高,EDU对叶片气体交换参数的影响显著,而对其他参数的影响不明显。由此可见,尽管EDU的防护作用对高体积分数的O3胁迫是有限的,但喷施EDU仍能有效减轻O3对植物的伤害,这对缓解农田生态系统O3污染灾害有积极意义。     

不同臭氧熏气方式对油菜光合速率、生物量和产量的影响

为准确评价臭氧(O3)浓度升高对农作物的影响,运用田间原位开顶气室(open-topchamber,OTC)研究了高浓度O3对油菜光合作用、生物量和产量的影响.实验包括3种O3水平,一种为经活性炭过滤的空气(CF),两种高浓度O3处理:经活性炭过滤后的空气加入恒定浓度为100nL·L-1的O(3CF100);经活性炭过滤后的空气加入具有日变化特征,其平均浓度和剂量与CF100相同的O3(CF100D).结果表明,CF100和CF100D均能使油菜叶片膜透性和H2O2自由基含量增加,光合色素含量和光合速率(photosynthesisrate,Pn)降低,最终导致油菜生物量和产量降低.与CF相比,CF100和CF100D熏气下油菜单位面积产量分别降低3.7%和18.6%.同时,实验还表明,CF100D对油菜的影响大于相同剂量的CF100.以上结果表明:1)高浓度的O(3CF100和CF100D)能够破坏细胞膜系统,减少光合色素数量,降低光合速率,从而降低作物生物量和产量;2)相同平均浓度和剂量的高浓度O3对油菜的影响因熏气方式的不同而有明显差异,目前采用的O3平均浓度和O3剂量指标不能准确评价O3浓度升高对油菜的影响.     

臭氧污染胁迫下植物的抗氧化系统调节机制

工业和农业的快速发展导致近地层O3浓度不断提高,这对陆地生态系统的动物、植物、微生物和人类健康造成伤害。O3对植物的影响尤其是对农作物的影响将关系到世界粮食的安全生产。O3污染胁迫可诱导植物产生活性氧物质,破坏植物的膜系统,影响植物的光合作用等正常生理功能。植物在自然适应过程中,可形成一套抗氧化机制来缓解O3胁迫伤害。综述了国内外近年来有关O3胁迫下植物抗氧化系统调节机制的研究进展,包括植物通过调节体内的抗氧化酶活性和非酶类物质含量来缓解O3对植物伤害的机制。O3污染胁迫下植物可调节其叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和单脱氢抗坏血酸还原酶(MDAR)等抗氧化酶的活性。抗坏血酸(AsA)、类胡萝卜素(Car)和谷胱甘肽(GSH)等非酶类物质在清除O3胁迫产生活性氧方面具有重要的作用。另外,根据目前的研究进展,提出了一些需要继续深入探讨的问题。     

地表臭氧浓度升高对冬小麦和大豆生长和产量的影响

我国近地层臭氧污染日趋严重,其不断增加的浓度对农作物的生长造成了严重威胁。以冬小麦和大豆为研究对象,基于大田开顶式气室(OTC)试验,分别设置对照(CK)、100 n L·L~(-1)和150 n L·L~(-1)这3个O3浓度处理组,对2种作物生长指标和产量等参数连续观测,结果表明:O3浓度增加对冬小麦和大豆的株高、叶面积和生物量产生影响,并且对大豆的影响更为明显。与此同时,O3浓度增加使得冬小麦的穗重、穗粒数以及大豆的单株荚数、单株粒数、单株粒重都呈现大幅度下降状态,进而导致其产量降低。在100 n L·L~(-1)臭氧处理下,冬小麦产量较CK降低了12.89%,而大豆产量下降了23.76%。在150 n L·L~(-1)的臭氧处理下,冬小麦产量较对照组降低了29.23%,大豆则比对照组下降了41.57%,与CK相比,大豆产量下降更为明显。上述研究表明,臭氧污染对农作物的生长具有显著影响,且大豆对O3的反应比冬小麦敏感。     

近地层O3污染对陆地生态系统的影响

随着全球气候变化对生态环境的影响日益增加,近地层臭氧(O3)污染的环境生态效应备受人们关注.现有研究表明,陆地生态系统的温室气体NOx和CH4释放、矿质能源消耗和机动车辆尾气排放量的增加将加剧近地层O3污染.O3污染通过降低植物叶片气孔导度、光合速率和净同化作用,改变同化物的分配,进而抑制植物生长和加速植物老化,导致作物和林木减产.O3污染导致植物-土壤系统碳积累和周定降低势必影响未来全球碳动力学和碳预算,而植物和根系生长受到抑制则不利于土壤养分、水分的吸收进而影响植物-土壤系统养分循环,但目前报导极少,尚无法准确判断对全球碳和养分循环的影响,亟待深入研究.由于环境因素间具有互作效应,目前模拟研究过多集中O3与CO2增加对陆地生态系统的复合效应方面,而与其它环境因子(如O3与NO、SO2、水分、温度等)的复合效应研究偏少,不利于在全球气候变化背景下深入了解与预测O3污染对陆地生态系统的影响程度与趋势.基于研究现状,未来应加强:(1)地表O3监测网络建设和监测,结合田间试验和建模加强草地、森林和农田生态系统对O3污染的响应研究;(2)长期定位研究,侧重陆地生态系统对O3污染连合其它温室气体、温度增加等模拟未来气候情景下的环境响应研究;(3)O3污染下土壤.植物系统碳循环和固定研究;(4)O3污染条件下优势植物和农作物在不同时空条件下的土壤.植物系统养分利用研究;以期为判断和预测全球气候变化背景下陆地生态系统对近地层O3污染加剧的响应程度与趋势提供数据资料和科学依据.     

几种湿地植物对重金属镉胁迫的生理生化响应

通过水培试验研究了不同质量浓度的重金属镉(0、20、30、40、50、60 mg·L-1)胁迫对水生美人蕉(Canna glauca)、红蛋(Echinodorus osiris)、风车草(Cyperus alternifolius)、彩叶草(Coleus blumei benth)等湿地植物体内丙二醛、脯氨酸、镉的含量以及细胞膜的透性变化的影响,探讨了镉胁迫下不同湿地植物对镉的生理生化响应和耐受能力,为应用人工湿地处理含镉废水提供依据.研究结果表明,在镉胁迫下4种供试植物叶片的丙二醛含龟和膜透性增加,并且试验条件下,培养液中镉质量浓度越高植物叶片中阿二醛细胞膜透性也越高;植物叶片中脯氨酸质量分数变化则有所不同,培养液中镉质最浓度处于0～40 mg·L-1时,脯氨酸质量分数随着镉质量浓度增加而增加,镉质量浓度高于40 mg·L-1,脯氨酸质量分数随着镉质量浓度的增加而降低.不同湿地植物对镉胁迫响应也显著不同,丙二醛含量、脯氩酸质量分数和细胞膜透性大小为:彩叶草>风车草>红蛋>美人焦.由此可见,4种供试植物耐受镉害的能力依次为:美人蕉>红蛋>风车草>彩叶草.美人蕉和红蛋在含镉废水人工湿地生态上程修复中具有很好的应用前景.     

镉胁迫对镉敏感水稻突变体活性氧代谢及抗氧化酶活性的影响

镉是一种常见的环境有毒重金属元素,不仅影响植物的生长和发育,而且还通过食物链危害人类健康.因此研究镉对植物的影响、分析植物逆境生理过程,对损伤和抗逆机理研究具有重要意义.以镉敏感水稻突变体和野生型(Oryza sativa L.)为材料,采用营养液培养实验,研究了不同浓度镉对水稻叶片活性氧代谢及抗氧化酶化系统的影响.结果表明:镉胁迫使水稻叶片超氧阴离子(O2-·)、过氧化氢(H2O2)、丙二醛(MDA)含量增加,且突变体的增加幅度明显大于野生型.随着镉浓度的提高,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(G-POD)活性均表现为先上升后下降,但SOD活性的变化更明显;过氧化氢酶(CAT)活性则呈一直下降的趋势.在较高镉浓度胁迫下(>5 μmol L-1),突变体叶片的SOD、CAT活性均明显低于野生型.研究结果表明,随着镉胁迫浓度的增加,突变体叶片积累更多的活性氧,产生严重的氧化胁迫,引起了更高程度的膜脂过氧化,这可能是突变体对镉胁迫更敏感的生理原因之一.     

大气污染物与绿化植物光合速率的关系研究

为了研究大气环境污染物与绿化植物光合速率的相关关系,以鸢尾(lris tectorum)、黄鑫(Jasminum mesnyi Hance)、山茶(Camellia japonica)、无患子(Sapindus mukorossi Gaertn)、红叶李(Prunus ceraifera cv.Pissardii)、复羽叶栾树(Koelreuteria bipinnata Franch)和三叶草(Trifolium)等7种常见绿化植物为研究对象,分析了绿化植物的光合速率及其叶片中有机酸浓度,同时采用SEM对其叶面结构进行了表征,并考察了大气环境污染物浓度,探讨了大气污染物和绿化植物光合速率之间的关系,以期为城市绿化提供理论参考。结果表明:所选择的7种绿化植物中,复羽叶栾树的光合速率最大,达到11.85μmol?m-2?s-1,三叶草的光合速率最小,最大仅为4.99μmol?m-2?s-1。所测植物中三叶草的的草酰乙酸含量最高,值为277.64μg?g-1。光合速率对草酰乙酸的浓度产生显著影响,与草酰乙酸呈显著负相关关系,与乙醛酸、α-酮戊二酸和丙酮酸的相关关系不显著,光合速率可以作为叶片中草酰乙酸的指示指标。PM2.5、O3、SO2、NO2浓度与无患子和三叶草的光合作用显著相关,和另外5种植物没有相关性,说明PM2.5、O3、SO2、NO2对这3种植物影响较大,而其它5种植物的耐受性较好。复羽叶栾树的气孔比三叶草的气孔多且大,导致了其光合速率较大,同时也说明叶面表面结构和气孔形状可能是导致环境污染因子致敏的原因。从绿化植物的净光合作用和耐污能力方面综合选择,这7种绿化植物中,宜选取复羽叶栾树作为绿化植物。     

臭氧胁迫下外源喷施亚精胺和EDU对小麦生理指标的影响

采用开顶式气室模拟研究外源喷施亚精胺(Spd)和EDU对O3胁迫下小麦生理指标变化的影响,测定的生理指标包括丙二醛含量(MDA)、超氧化物歧化酶活性(SOD)、过氧化物酶活性(POD)、过氧化氢酶活性(CAT)、可溶性蛋白质含量、还原型谷胱甘肽含量(GSH)、谷胱甘肽还原酶活性(GR)、抗坏血酸含量(ASA)和抗坏血酸过氧化物酶活性(APX)。结果表明,外源喷施Spd和EDU可不同程度地提高小麦叶片的SOD、POD、CAT、APX和GR活性,降低MDA和ASA含量,提高GSH和可溶性蛋白含量。当Spd的浓度为0.25、0.50和0.75mmol·L-1时,小麦叶片POD活性比对照处理提高90.0%～226.7%,CAT活性提高21.4%～40.6%,APX活性提高164.2%～191.0%,MDA含量降低9.7%～42.5%。喷施300mg·L-1EDU可导致小麦叶片POD、CAT和APX活性分别比对照处理提高76.8%、27.4%和128.1%,MDA和ASA含量降低,GSH含量提高25.6%。以上结果说明Spd和EDU是2种比较有效的缓解小麦O3胁迫的抗氧化剂,可用来防护O3对小麦的毒害。     

Zn2+胁迫及恢复下番茄幼苗根系中抗氧化系统的动态变化

通过温室水培试验,研究1.0×10-4mol/LZn2 胁迫及解除胁迫对番茄(Lycopersicom esculentum Mill.)幼苗根系中抗氧化系统的动态变化.结果表明,胁迫条件下,番茄根系丙二醛(MDA)和蛋白质含量增加;超氧化物歧化酶(SOD,EC1.15.1.1),过氧化氢酶(CAT,EC1.11.1.6)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX,EC1.11.1.9)活性上升,而过氧化物酶(POD,EC1.11.1.7)活性下降;AsA-GSH循环代谢受影响;抗坏血酸过氧化酶(APX,EC1.11.1.11)活性在胁迫d1、d3上升,随后下降,而谷胱甘肽还原酶(GR,EC1.6.4.2)活性在胁迫1~5d时下降,随后上升;抗坏血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)含量上升.解除胁迫后,根系中MDA和蛋白质含量随时间延长逐渐减少,接近对照;POD和APX活性增加,而SOD、CAT和GR活性及GSH含量先升高,随后减少;GPX活性和AsA含量却降低;恢复后根系中抗氧化物水平仍然高于对照.依据实验结果,文中讨论了胁迫及恢复过程中植物AsA-GSH循环代谢的作用.图3参16     

双酚A对紫背浮萍生长和光合色素及抗氧化系统影响

以紫背浮萍为实验对象,探究双酚A(bsiphenol A, BPA)对其生长、光合色素含量、抗氧化系统和渗透压调节物质的影响。结果表明,不同浓度(0、1、5、20和50 mg·L~(-1))BPA连续暴露7 d后,与对照组相比,随暴露浓度升高,紫背浮萍湿重和叶绿素含量呈现先显著增加后降低的趋势;暴露组过氧化氢(H_2O_2)含量和抗超氧阴离子自由基活性显著降低;丙二醛(MDA)含量在20和50 mg·L~(-1)组显著升高;暴露组抗氧化酶活性包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)和总抗氧化能力(T-AOC)均低于对照组;谷胱甘肽(GSH)含量在高浓度组显著升高,20 mg·L~(-1)组可溶性糖含量显著升高,可溶性蛋白含量在中高浓度组显著增加。研究表明,中低浓度BPA会提高紫背浮萍光合色素含量,有机物积累增多,促进其生长;但随BPA浓度不断升高,紫背浮萍体内产生氧化损伤,抗氧化酶活性及叶绿素含量降低,生长受到抑制。本研究结果将为BPA污染控制及对水生植物生态毒性效应评价提供理论基础。     

NaCl胁迫对不同柑橘砧木品种抗氧化系统的影响

采用土培的方式,研究了不同浓度的NaCl（0,50,100,150,250,350mmol·L-1）对岑溪酸橘Citrus reticulata Blanco、龙州土柠檬CitruslimoniaOsbeck和临桂砧板柚Citrus grandis Osbeck叶片抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX）活性以及谷胱甘肽（GSH）、丙二醛（MDA）、超氧自由基（02]含量的影响。结果表明,随着NaCI处理浓度的增加,岑溪酸橘、龙州土柠檬和临桂砧板柚3种柑橘叶片中02均有不同程度的增加,表明在NaCI处理下3种柑橘均受到了不同程度的O2-胁迫。NaCI处理对岑溪酸橘和龙州土柠檬SOD、POD活性,临桂砧板柚MDA含量的影响不显著C〉0．0S）,但引起临桂砧板柚SOD活性、岑溪酸橘和龙州土柠檬APX活性显著增加（P〈0．05）。在不同浓度的NaCI处理下,3种柑橘叶片的CAT活性均有不同程度的下降,但GSH的含量随着NaCl浓度的增加而增加,在NaCl处理浓度为350mmol·L-1时,岑溪酸橘、龙州土柠檬、临桂砧板柚GSH含量分别比对照提高了137％、59．1％、90．8％,表明GSH在解毒NaCl胁迫时起重要作用。     

NaCl胁迫对不同柑橘砧木品种抗氧化系统的影响

采用土培的方式,研究了不同浓度的NaC(l0,50,100,150,250,350mmol·L-1)对岑溪酸橘Citrus reticulata Blanco、龙州土柠檬Citrus limonia Osbeck和临桂砧板柚Citrus grandis Osbeck叶片抗氧化酶(SOD、POD、CAT、APX)活性以及谷胱甘肽(GSH)、丙二醛(MDA)、超氧自由基(O2·-)含量的影响。结果表明,随着NaCl处理浓度的增加,岑溪酸橘、龙州土柠檬和临桂砧板柚3种柑橘叶片中O2·-均有不同程度的增加,表明在NaCl处理下3种柑橘均受到了不同程度的O2·-胁迫。NaCl处理对岑溪酸橘和龙州土柠檬SOD、POD活性,临桂砧板柚MDA含量的影响不显著(P0.05),但引起临桂砧板柚SOD活性、岑溪酸橘和龙州土柠檬APX活性显著增加(P0.05)。在不同浓度的NaCl处理下,3种柑橘叶片的CAT活性均有不同程度的下降,但GSH的含量随着NaCl浓度的增加而增加,在NaCl处理浓度为350mmol·L-1时,岑溪酸橘、龙州土柠檬、临桂砧板柚GSH含量分别比对照提高了137%、59.1%、90.8%,表明GSH在解毒NaCl胁迫时起重要作用。     

深耘断根对旱地小麦花后根系衰老及产量的影响

在旱地大田条件下研究了深耘断根对旱地高产小麦花后根系衰老及产量的影响。结果表明，４个处理中以冬前深耘断根最好，起身期深耘断根与对照（不断根）次之，冬前和起身期都深耘断根的效果最差。冬前深耘断根可延迟花后根系活力、根系ＳＯＤ与ＣＡＴ活性、根系可溶性蛋白质含量下降及根系ＭＤＡ含量的升高，从而延迟根系衰老。同时，冬前深耕提高了成穗数及成穗率，使产量提高，因而在旱地高产麦田应提倡冬前深耘断根。图５表１参１     

花背蟾蜍性腺抗氧化酶对稀土尾矿库污染胁迫的响应

本研究以花背蟾蜍(Bufo Raddei)作为实验动物,以某稀土尾矿库周边受污染的水域湿地为研究样地,以相对无污染的小白河黄河湿地自然保护区为对照样地。通过检测两地花背蟾蜍精巢和卵巢的脏器系数、MDA和GSH含量、SOD、GSH-Px、GST、CAT和GR活性、T-AOC等相关指标。研究花背蟾蜍性腺抗氧化酶对该稀土尾矿库污染胁迫的响应效应。结果显示:与黄河湿地相比,稀土尾矿库湿地复合污染对花背蟾蜍精巢和卵巢脏器系数的影响差异不显著。稀土尾矿库花背蟾蜍精巢和卵巢中MDA含量、GPx、GST和CAT活性显著高于黄河湿地(P0.05),而GSH含量表现出相反的趋势。精巢中T-AOC显著高于卵巢(P0.01),但相同组织在两地间差异不显著。结果表明该稀土尾矿库复合污染对花背蟾蜍精巢和卵巢抗氧化能力有一定的毒害效应,且精巢和卵巢对污染胁迫的响应有明显的差异性。在应对稀土尾矿库湿地复合污染胁迫时,精巢更倾向于调用SOD-CAT系统的抗氧化机制,而在卵巢内GSH系统发挥作用更大。     

Effects of subchronic exposure to carbofuran on antioxidant defence system and malondialdehyde levels in common carp (Cyprinus carpio L.)

The present study focused on the assessment of oxidative stress induction by pesticides such as carbamates which are widely used as insecticides and nematicides and contaminate aquatic ecosystems on certain biomarkers in liver of common carp (Cyprinus carpio L.). Biomarkers selected for stress monitoring were malondialdehyde (MDA), an index of lipid peroxidation, and antioxidant defence system enzymes, mainly catalase (CAT), glutathione reductase (GR), and glutathione-S-transferase (GST) activities in liver of fish exposed to 0, 10, 50, or 100?µg?L^?1 of carbofuran for 4, 15, or 30 days. Oxidative stress was found in liver of common carp exposed to carbofuran which was manifested by a decrease in CAT and GR activities after 4 and 30 days of exposure. An adaptive response was probably produced since at day 15 no modifications in the CAT activity and increased GR activity were observed. In addition, a decrease in MDA content with the highest concentration of carbofuran used was found after 30 days of exposure. However, no significant changes were found in GST activity showing a varied response. The results concerning oxidative and antioxidant profiles indicate that subchronic exposure to the insecticide carbofuran is capable of inducing oxidative stress in fish.