龙葵和茄子幼苗对镉胁迫的生理响应

采用营养液培养法研究了镉胁迫条件下龙葵和茄子幼苗的生长及生理响应.结果表明:镉胁迫使龙葵和茄子幼苗生长受到不同程度影响.龙葵在镉浓度低于50 μM条件下,地上部干物质量仅下降15.48%%(P＞0.05),根系干物质量在镉浓度低于100 μM下增加111.11%(P<0.05),根系活力也呈先升后降的趋势;茄子地上部干物质量和根系活力在所有镉处理下均低于对照,根系干物质量在镉浓度高于25 μM时即呈现下降趋势,降幅达47.06p.59%,茄子对镉胁迫的耐受性相对较弱.镉胁迫还导致龙葵和茄子幼苗叶片色素含量降低,叶片相对电导率、MDA含量和可溶性糖含量增加,SOD、POD、CAT变化不一致.龙葵叶片SOD活性随镉胁迫程度的增加先增高后降低,POD和CAT活性基本上表现为逐渐上升趋势,而茄子叶片中SOD活性逐渐下降,POD逐渐上升,CAT呈先降后升又降的变化规律,龙葵体内的3种抗氧化酶对镉胁迫起到较强的抗氧化保护作用.     

镉胁迫对苎麻(Boehmeria nivea)根系及叶片抗氧化系统的影响

镉(Cd)是非必需和毒性最强的重金属元素之一,不合理的开发利用可导致土壤受到Cd的严重污染,严重危及土壤环境或水环境。以苎麻为材料,采用模拟镉(Cd)污染盆栽培养法,选择21 d和49 d等2个不同胁迫期,测定不同浓度Cd2+胁迫下苎麻根系与叶片中渗透调节物质含量、超氧化物岐化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、丙二醛(MDA)含量及根系活力的变化。结果表明,高浓度胁迫49 d后,苎麻根系中的渗透调节物质含量明显高于叶片含量,且极显著高于对照,并在240 mg·L~(-1)Cd处理下出现最高值;胁迫49 d时,根系与叶片的渗透调节物质含量与Cd2+浓度极显著正相关。在2个不同胁迫周期,苎麻根系的SOD与POD活性均明显高于叶片;在胁迫21 d时,根系的CAT活性低于叶片,而胁迫49 d后,则明显高于叶片;胁迫21 d时,苎麻根系与叶片的抗氧化酶活性均较胁迫49 d要高;胁迫49 d时,根系POD活性与Cd2+浓度呈极显著正相关,表明根系POD酶在抗氧化酶中占主导地位。不同胁迫时长下苎麻根系或叶片的MDA含量变化趋势不明显,但根系或叶片受胁迫21 d后的MDA含量随Cd2+浓度增加的波动相对受胁迫49 d后的更明显,表明植物早期生理功能出现暂时性的修复。2个不同胁迫周期内,不同浓度镉胁迫下苎麻的根系活力均比对照组下降。研究显示,苎麻根系与叶片对镉胁迫的应答机制不同,且在不同胁迫时间下的响应机理差异较大,根系表现出更强的耐受能力。     

镉胁迫下油菜毛状根的生理响应及铁钾含量

利用液体悬浮培养法研究不同镉(Cd)浓度(0、25、50、100、200和400μmol/L)胁迫下油菜毛状根的生理响应及对铁钾含量的影响,探究油菜毛状根对镉胁迫的耐受与富集能力.结果显示:(1)低镉浓度(100μmol/L以下)对毛状根的生长无显著影响,高镉浓度(100μmol/L以上)下毛状根的生长则受到明显的抑制,25μmol/L镉胁迫7 d时毛状根的鲜重最大(4.34 g).(2)油菜毛状根中活性氧(ROS)的含量随着镉浓度的增加而上升,根中主要抗氧化酶(超氧化物酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT)的活性在镉胁迫1 d时,表现出先降低后升高的趋势;镉胁迫7 d时,表现出先升高后降低的趋势.(3)碘化丙啶PI染色与丙二醛MDA分析表明,根细胞的损伤随着镉浓度的增加越发严重.(4)油菜毛状根中的镉含量随着培养基中镉浓度的增加而增加,400μmol/L、7 d时,达到最大值2.97 mg/g.毛状根中的铁含量在镉胁迫1 d时随着镉浓度的增加显著上升,最大值达到14.52 mg/g;镉胁迫7 d时没有明显变化.镉胁迫7 d时毛状根中的钾含量是镉胁迫1 d时(15.73 mg/g)的1.6倍.本研究结果表明,油菜毛状根对镉胁迫的生理响应变化与镉的作用浓度和时间相关;同时镉胁迫造成了毛状根中铁、钾元素代谢紊乱,但油菜毛状根对镉有较好的富集效果.     

镉胁迫对菜豆叶片抗氰呼吸、抗氧化及PSⅡ光合特性的影响

为探究镉胁迫下抗氰呼吸(交替途径)对植物体的保护作用和可能存在的作用机制,以菜豆幼苗为研究材料,探讨镉胁迫对菜豆叶片抗氰呼吸、抗氧化和光系统Ⅱ(PSⅡ)光合特性的影响,以及抗氰呼吸对PSⅡ的影响是否与其参与抗氧化调节作用有关.结果显示:随镉处理浓度的增加,菜豆叶片抗氰呼吸能力和抗氧化酶[过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、超氧化物歧化酶(SOD)]活性以及过氧化氢(H_2O_2)含量呈现先升高后降低趋势,而超氧阴离子自由基(O_2~(·-))则逐渐显著上升;同时,菜豆幼苗叶片F_v′/F_m′(光适应下PSⅡ最大光化学效率)、Y(Ⅱ)(PSⅡ实际光化学效率)和qP(光化学淬灭系数)、ETR(PSⅡ光合电子传递速率)下降,而叶片非光化学荧光猝灭系数(NPQ)则上升.非镉胁迫条件下,叶面分别喷施H_2O_2、O_2~(·-)消除剂或抗氰呼吸抑制剂未对上述所测叶绿素荧光参数造成不良影响,且H_2O_2消除剂的施加使得qP和ETR显著提高.在镉胁迫下,叶面分别喷施H_2O_2或O_2~(·-)消除剂有效缓解了镉导致的PSⅡ光化学活性的降低,而抗氰呼吸抑制剂的施加则造成了镉胁迫造成的PSⅡ光化学活性的进一步下降以及H_2O_2和O_2~(·-)含量的进一步提高,并导致了CAT、POD、APX抗氧化酶活性水平的降低.上述研究结果表明,镉胁迫下抗氰呼吸可有效缓解镉胁迫导致的菜豆幼苗叶片活性氧的过量积累和抗氧化酶活性的上升以及PSⅡ光化学活性的下降;且抗氰呼吸对PSⅡ的保护作用可能与其调节抗氧化的功能有关.(图3表2参25)     

镧对镉胁迫下水稻幼苗生长及生理特性的影响

选择10mg·L-1La(N03)3作为生物调控因子,通过营养液培养实验,研究了水稻(Oryza sativa L.)幼苗在遭受镉胁迫(50mg·L-1和100mg·L-1两种CdCl2处理)后,稀土元素镧对抗氧化酶(SOD和CAT)活性、脂质过氧化产物MDA含量、质膜透性、叶绿素质量分数、根系活力、幼苗生长及镉质量分数等生理生长指标的影响,以探讨稀土在重金属胁迫下对作物的防护效应。研究结果表明:水稻幼苗遭受镉胁迫的初期,镧对提高SOD和CAT的活性,降低MDA含量和质膜透性,提高叶绿素质量分数和根系活力有明显的正效应,但是随着镉胁迫程度的加重和胁迫时间的延长,这种作用开始下降,最后甚至与镉发生协同作用,不仅不能缓解镉对水稻幼苗的毒害,反而更加剧了镉对水稻幼苗的毒害,这说明适量的稀土元素对重金属胁迫下植物生长有一定的防护效应,但是这种效应与重金属胁迫的浓度大小、胁迫的时间长短有着密切的关系。此外,镉在水稻幼苗体内的富集规律是:根系>地上部,镉的富集与各处理组镉浓度之间有比较明显的剂量效应关系,但是,镧处理并未降低水稻幼苗地上部分及根系中镉的质量分数。     

膨润土对镉胁迫下水稻幼苗生理生化特性的影响

为了探讨膨润土钝化修复镉(Cd)污染土壤对水稻幼苗生理生化特性的响应,通过盆栽试验研究了膨润土对Cd胁迫下水稻幼苗地上部生物量,叶片叶绿素含量,SOD、POD活性以及MDA含量的影响.结果表明,膨润土在不同程度上提高了水稻幼苗叶片叶绿素含量,促进了水稻幼苗的生长和发育,地上部生物量随膨润土投加量的增加而增大.单一Cd污染土壤中,水稻幼苗叶片SOD活性变化不明显,而幼苗根系SOD活性随Cd浓度的增加而显著降低(P＜0.05),投加膨润土后整体上提高了根系SOD活性.单一Cd污染土壤中,水稻幼苗叶片和根系POD活性随Cd浓度的增加而均呈现先应激性升高然后降低的变化趋势,投加膨润土后叶片POD活性有所降低,而5 ～50 g·kg-1膨润土处理显著提高根系POD活性(P＜0.05),比未投加膨润土处理分别增加13.2％ ～22.4％、4.9％ ～9.5％、44.8％～80.6％和6.9％～49.6％.单一Cd污染土壤中,水稻幼苗叶片和根系MDA含量随着Cd浓度的升高而升高,与无Cd胁迫对照相比,分别增加139.0％和158.1％;投加膨润土处理水稻幼苗MDA含量显著降低,膜脂过氧化作用明显减弱.因此,膨润土能有效缓解Cd胁迫对水稻幼苗的毒害作用,可用于Cd污染土壤的钝化修复.     

土壤不同镉浓度对玉米CT38生长及抗氧化酶活性的影响

玉米(Zea mays L.)被认为是镉吸收强、生物量大的经济作物。采用盆栽实验研究镉胁迫对玉米CT38植株生长及抗氧化酶活性的影响。通过向土壤中添加不同浓度的镉,设定1、5、15、50、100 mg·kg-1共5个镉浓度,研究不同镉浓度长期处理下对玉米CT38生长发育的影响。结果表明:处理90 d时玉米株高在镉处理浓度15、50、100 mg·kg-1分别比对照下降了18.2%、56.1%、59.8%,鲜质量分别比对照下降了53.3%、66.9%、77.9%。镉胁迫下玉米植株叶中抗氧化酶系统的POD、CAT和APX活性变化规律存在共同点,随镉处理浓度升高,基本呈单峰曲线变化,SOD活性变化情况较复杂。处理90 d时,镉处理浓度为1、5、15、50、100 mg·kg-1时,玉米CT38叶片POD活性分别比同期对照下降了12.1%、49.8%、60%、64.9%、75.1%;APX活性分别下降了54.4%、58.9%、65.6%、79.5%、85.3%;CAT活性分别增加了12.5%、18.8%、31.3%、65.6%、143.8%。CAT活性在玉米生长发育阶段随镉浓度升高呈现增加趋势镉使玉米叶片内酶含量上升,可溶性蛋白总量增加,为玉米对抗镉胁迫提供生理基础,对抗镉胁迫影响,提高POD活性,加速玉米植株内过氧化物清除速度。在相对低的镉浓度作用下,玉米叶片CAT活性升高,抵抗低浓度镉胁迫条件下产生的过氧化氢,从而适应逆境环境。     

不同干旱胁迫强度下白刺花幼苗叶片的生理生化反应

植物代谢产物和抗氧化酶活性与干旱胁迫强度的定量关系是评估植物适应干旱能力的重要科学问题.本文采用盆栽试验设计,设置土壤田间持水量(FC)80%、60%、40%、20%4个干旱胁迫处理.研究了不同强度的干旱胁迫梯度上2 a生白刺花(Sophora davidii)幼苗叶片内丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、可溶性蛋白质、光合色素含量、超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性的变化特点.发现:(1)MDA与Pro含量随着干旱胁迫强度的增加呈线性增加趋势.(2)蛋白质和光合色素含量在干旱胁迫梯度上呈"钟型"抛物线变化趋势,在60%～40%FC下含量最高.(3)4种抗氧化酶活性的变化趋势不尽相同.其中SOD与APX的活性在干旱胁迫梯度上的反应均表现为多项式变化规律,即在中度干旱下的活性显著升高.而重度胁迫下降低;CAT活性变化规律与SOD和APX活性的变化正好相反;POD活性则表现为倒钟型趋势.60%FCT活性最低.综合分析表明,可溶性蛋白质和光合色素的含量、SOD、APX、CAT以及POD不仅能够较好地指示干旱胁迫对幼苗叶片的生理生化伤害程度,并且可反应叶片开始受胁迫伤害的土壤干旱水平.但是MDA和Pro含量则无法指示;60%FC左右的土壤含水量是白刺花2 a生幼苗叶片生理生化代谢受到伤害的干旱强度的阈值.图3参26     

外源脱落酸(ABA)增强菹草抗镉(Cd2+)胁迫能力

以高等沉水植物菹草(Potamogen crispus)为试验材料,观察4 mg·L-1 Cd2 胁迫条件下外施脱落酸(abscisic acid,ABA)对菹草某些生理生化指标的影响.结果表明,外施ABA可以明显减轻Cd2 毒害作用,使Cd2 胁迫下菹草叶片中叶绿素、可溶性蛋白、脯氨酸含量增加,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性提高,过氧化物酶(POD)活性和O(-)/(·)2产生速率降低,且以施用2.5～5 μmol·L-1 ABA效果最好.     

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。