美洲商陆和籽粒苋对接种伯克氏菌的生理生化响应及其对富集铯的影响

利用盆栽试验研究一株具有重金属耐性的伯克霍尔德氏菌(Burkholderia sp.D54)对美洲商陆和籽粒苋生长及对铯富集的影响.结果表明,接种菌株D54,美洲商陆和籽粒苋总干物重分别比对照处理增加19.8%～33.4%和22.9%～76.6%,美洲商陆和籽粒苋地上部铯含量分别增加4.9%～22.4%和8.1%～19.4%,根中铯含量分别增加6.8%～15.7%和1.1%～10.8%.同时,接种微生物还增加了植物对钾的吸收,提高供试植物的光合反应速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用率,增加铯胁迫条件下植物的抗氧化酶CAT、POD、SOD的活性,降低了MDA的含量.     

应用籽粒苋修复镉污染农田土壤的潜力

针对农田土壤镉污染问题,采用超富集植物籽粒苋并配施不同组合的外源活化剂进行盆栽实验和田间实验,并测定籽粒苋及根系土壤中镉含量并计算富集系数。结果表明,在盆栽实验的不同处理组中,施加磷酸二氢钾(0.74 mmol·kg~(-1))、EDTA(2 mmol·kg~(-1))和柠檬酸(4 mmol·kg~(-1))最有助于提高籽粒苋对Cd的提取修复效率。田间实验中添加活化剂(EDTA和柠檬酸)后籽粒苋的根、茎和叶组织对Cd的富集能力分别是不添加活化剂处理组的2.10、1.84和2.76倍;与对照组相比,籽粒苋的根、茎和叶部分的Cd含量都显著提高(P0.05),这说明外源活化剂促进了籽粒苋对土壤中Cd的吸收,提高了修复效率。每年种植两茬籽粒苋并添加活化剂,Cd的去除率可达4%～10%。种植超富集植物并配施活化剂既可以提高修复效率,又可以节约修复成本。     

镉对籽粒苋耐性生理及营养元素吸收积累的影响

初步阐明了镉对籽粒苋耐性生理及营养元素吸收积累的影响,为进一步揭示籽粒苋的镉耐性与镉富集机理奠定了基础。通过对生物量的监测,对叶绿素、蛋白质、游离氨基酸、大量元素及微量元素等的含量的测定,阐明镉胁迫对籽粒苋生长生理、抗胁迫耐性、营养元素吸收分配的影响。研究结果显示,镉胁迫对籽粒苋的生长抑制作用不明显,植株生物量随着镉浓度的提高而轻微降低。随着镉处理浓度的提高,叶绿素含量下降幅度显著;蛋白质和游离氨基酸含量变化幅度不明显;钾含量无大幅变化;镉、磷、钙、镁、锌、铁、锰、铜含量变化幅度较显著。镉、钾、磷、锰的迁移系数随着镉处理浓度的提高无显著变化;钙的迁移系数呈上升趋势;镁、锌、铁、铜的迁移系数均呈下降趋势。这些结果表明：镉胁迫降低籽粒苋叶绿素含量,抑制植株光合作用,继而抑制了植株的生长,但其程度不明显;镉胁迫条件启动活性氧防御机制;引起植株体内部分养分代谢紊乱。结论：低浓度镉处理条件下,籽粒苋受镉离子影响,抗氧化能力下降。在高浓度镉处理条件下,籽粒苋调节了营养元素的吸收和分配,启动了一系列活性氧防御机制,提高了抗胁迫能力。     

一株富集铯的微生物及其在植物修复中的应用

利用一株分离自重金属污染土壤的伯克霍尔德菌（Burkholderia）,研究其对放射性核素铯的耐性、富集,并在水培籽粒苋（Amaranthus cruentus L）并接种伯克氏菌,研究接种伯克氏菌对籽粒苋生长和吸收铯的影响。结果表明：伯克氏菌D54在铯浓度达到50 mmol.L-1的培养基中能正常生长,含铯1 mmol.L-1的100 mL液体培养基中接种1%活化菌液培养3 d后,收集到0.173 7 g干重菌体,菌体铯的质量分数达到45 mg.g-1,培养基中铯的去除率达58.77%。接种伯克氏菌促进籽粒苋生长,在Cs浓度分别为0、200、500、1 000μmol.L-1条件下,籽粒苋地上部的生物量分别增加30.91%,9.29%,42.71%,74.50%,根的干物质量分别增加36.01%、62.89%、55.17%、63.50%。籽粒苋的根、茎、叶中铯含量分别增加27.94%~43.58%、14.9~34.51%、6.31%~11.48%。接种伯克氏菌籽粒苋的耐受指数（TI%）增加11%~28%,生物富集率（BR）增加5%~9%。     

籽粒苋及其产品营养元素的研究

通过对籽粒苋籽，叶，茎及其几种产品的营养元素分析测定的结果表明，籽粒苋含多种对人体具有重要生理意义的营养元素，其中尤以Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃａ，Ｍｏ，Ｓｅ，Ｍｇ为丰富，为综合利用和开发籽粒苋提供了重要参考数据。     

籽粒苋苹果酸酶(NAD-ME)基因密码子偏好性分析

遗传密码子是生命信息的基本遗传单位,每种氨基酸对应1～6个同义密码子.特定物种在长期进化中形成了适应自身基因组环境的密码子使用偏性.运用CHIPS、CUSP和CodonW程序分析自主克隆的籽粒苋NAD-ME基因的密码子偏好性,并与马铃薯等7种植物的ME基因密码子偏好性进行比较,以期为该基因在作物遗传改良中选择合适的受体植物提供依据.结果表明,籽粒苋NAD-ME基因偏好于以A或T结尾的密码子,其它几种被比较作物的ME基因也有同样的趋势,但双子叶植物的偏好性更强.基于NAD-ME基因的密码子使用偏性的系统聚类分析表明,籽粒苋与马铃薯、拟南芥、葡萄、蓖麻、毛果杨等双子叶植物聚为1类,玉米和高粱这2个单子叶植物聚为1类,预示籽粒苋NAD-ME基因更适合导入马铃薯等双子叶植物.对籽粒苋NAD-ME基因的密码子偏好性与大肠杆菌和酵母的基因组密码子偏好性进行比较,发现均存在差异,与大肠杆菌的差异高于酵母,表明酵母表达系统要优于大肠杆菌表达系统.若要进一步提高籽粒苋NAD-ME基因在大肠杆菌或酵母中的表达水平,尚需对其密码子进行优化.     

石灰与磷肥对籽粒苋吸收镉的影响

籽粒苋(Amaranthus hypochondriacus L.)是我国广泛栽种的牧草,但具有富集重金属Cd的特性,探讨减少其吸收镉的方法技术,可以降低人畜受害风险.研究利用温室盆栽方法,比较了施用磷肥和石灰对降低籽粒苋Cd吸收量的影响.于含镉5 mg·kg-1的污染菜园土中,以粉末形式加入3 g·kg-1 Ca(OH)2,或以液态形式加入磷肥(0.326 g·kg-1 Ca(H2PO4)2)至P浓度80 mg·kg-1,该施用量为农业应用常规水平.播种籽粒苋,于60 d后收获,测定相关参数.结果表明,施用石灰使土壤pH上升1.7单位,土壤有效Cd下降至极低水平,从而大幅降低籽粒苋Cd吸收量,较对照下降约56%,但施石灰也使土壤供磷量下降,使籽粒苋的生物量也减少了约一半.施用石灰后,土壤的Ca与K供应量以及籽粒苋体内Ca与K含量均明显增加,Ca、K与Cd形成的竞争吸收也是施用石灰后籽粒苋Cd含量下降的一个原因.本地菜同土含有较高的有效磷,以常规农业磷肥施用量施用磷肥对籽粒苋吸收Cd没有明显影响,对生物量也没有明显影响,但适当提高施用量预期会有一定的效果.因而,对广州地区菜园土,使用合理的石灰施用量,可有效降低籽粒苋Cd吸收量.     

镉对不同生长期籽粒苋植物螯合肽的影响

植物螯合肽（PCs）由于其含有大量的巯基,能够螯合重金属离子,对重金属的积累和解毒起着重要作用.以镉（Cd）富集型植物籽粒苋K472为研究对象,采用土培法,设置6个Cd处理水平为：0（CK）、10（T1）、25（T2）、50（T3）、100（T4）和200 mg·kg^-1（T5）,分析Cd胁迫下营养生长初期、中期和后期的K472植物螯合肽的变化特征,探究植物螯合肽对Cd的螯合解毒机制.结果表明,各生长阶段的K472的株高、根长、生物量随着Cd胁迫含量的升高而下降显著,其降幅随着K472生长发育逐渐降低.而营养生长中期的K472对Cd的富集能力最强,最大Cd富集量为6695.35 mg,最大富集系数为6.3.此外,随着Cd胁迫含量的增加,不同生长阶段的K472根、茎和叶内Cd含量与PCs含量呈显著正相关.其中,根系及茎部中对Cd胁迫响应最强的植物螯合肽为PC3,叶片中对Cd胁迫响应最强的植物螯合肽为PC2.实际应用中,在营养生长中期采收籽粒苋K472可获得更高的修复效率.