植物根际微生态区域中铝的环境行为研究进展

铝毒是酸性土壤(pH<5.0)中影响植物生长的重要因素.根系环境中的铝离子可影响矿物营养的获取,增加植物对铝胁迫的风险.植物通过根系分泌有机酸、生物酶和其他物质来解除或减轻铝的毒害.从铝胁迫对根系分泌系统的影响、根际微环境中铝的毒理效应和根际微环境中铝的抗毒机制等3个方面对植物根际微生态区域中铝的环境行为研究进展进行了综述,并对今后该领域的研究方向进行了展望.     

土壤中的铝及其植物效应的研究进展

概述了铝的性质，土壤中铝的存在形式、铝的流失、铝毒与酸雨的关系，植物对铝的吸收，铝在植物体内的分布以及植物对铝毒胁迫的反应，为进一步开展铝及其植物效应的研究提供了信息。     

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。     

小麦铝抗性和敏感品系对铝胁迫的生理生化反应

研究了冬小麦Triticum aestivvum L.铝抗性品系T202和铝敏感品系T105幼苗经0，50μmol L^-1，75μmol L^-1，100μmol L^-1和150μmol L^-1铝处理后根部的生理生化变化．结果表明：小麦根生长被严重抑制；酸性磷酸酶活性增强，磷代谢激活；硝酸还原酶受到一定程度的抑制；葡萄糖-6-磷酸脱氢酶对铝浓度极其敏感；葡萄糖含量下降；而膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量上升，超氧化物歧化酶(SOD)的活性升高和还原型谷胱甘肽(GSH)的含量下降．证实：铝胁迫造成了氧化伤害，激活了植物体内的抗氧化系统．分析还表明，T202耐铝的各项指标优于T105，前者的代谢酶活性对铝胁迫的反应更为迅捷，并有良好的能量储备和调动机制来抵御铝胁迫及由此产生的胁迫．图8参14     

添加植物物料对2种酸性土壤可溶性铝的影响

在室内培养试验条件下,研究了添加非豆科的油菜秸秆、小麦秸秆、稻草、玉米秸秆和豆科的大豆秸秆、花生秸秆、蚕豆秸秆、紫云英、豌豆秸秆对酸性茶园黄棕壤和红壤可溶性铝总量及其形态的影响.结果表明,黄棕壤除添加油菜秸秆、小麦秸秆和稻草处理外,其余添加植物物料处理土壤可溶性铝总量、总单核铝和3种无机单核铝的含量有不同程度的降低,因为加入这些植物物料均使土壤pH值增大.5种豆科植物物料对黄棕壤pH值的影响大于非豆科植物物料,前者对土壤中3种无机单核铝含量的影响也大于后者.9种植物物料也使红壤pH值有不同程度升高,土壤可溶性铝含量降低,其中4种非豆科植物物料、花生秸秆和蚕豆秸秆处理效果较好.因此,施用植物秸秆能够有效改良土壤酸度,缓解土壤中铝对植物的毒害.总体而言,9种植物物料中花生秸秆增加酸性土壤pH值和降低土壤有毒形态铝含量效果最好.     

活性铝对小麦谷胱甘肽和丙二醛含量的影响

利用铝在不同pH值条件下形态分布的差异,研究活性铝2种主要形态(A la、A lb)对小麦根、茎、叶中还原型谷胱甘肽(GSH)和丙二醛(MDA)含量的影响,探讨活性铝对植物的氧化胁迫及植物的抗铝机制。试验营养液中总铝浓度设置为0μmol.L-1(CK)、25μmol.L-1(T1)和75μmol.L-1(T2),各剂量组营养液的pH值分别调至4.0、4.5、5.0和5.5。研究结果表明,较低浓度的活性铝(A la和A lb)显著影响小麦根、茎、叶中GSH含量,根与叶中GSH存在一个激发、增长和消耗的过程;T2组叶中GSH含量在pH 4.5时降至最低值,同时叶中MDA存在积累,表明在此条件下,活性铝对小麦形成了最大氧化胁迫。     

氮素形态对大豆铝毒和根表铝形态分布的影响

铝毒是酸性土壤上作物生长的主要限制因素,虽然对铝毒已开展广泛研究,但铝毒与植物根表铝形态分布的关系还不清楚。以大豆(Glycine max)为研究对象,通过氮铝交替和氮铝共存2种处理方式的水培试验,研究了氮素形态对大豆铝毒的影响以及氮铝相互作用对根表铝形态分布的影响。结果表明,氮铝共存时,硝态氮体系中大豆根表吸附的各种形态铝含量均高于铵态氮体系。氮铝交替处理导致铝对大豆产生毒害,铝显著抑制大豆根伸长,降低大豆生物量,但在铵态氮和硝态氮体系中铝对大豆的毒害程度相近。无论是无铝对照还是有铝处理,硝态氮体系中大豆的生长情况均优于铵态氮体系。硝态氮处理还促进了大豆根系对K、Mg和Mn等元素的吸收。氮铝共存时,铵态氮可通过离子竞争作用缓解铝对大豆根系的毒害。     

玉米异羟肟酸类物质的分泌与其耐铝性的关系

铝毒是植物在酸性土壤中生长的主要限制因子,由于生长环境的差异,植物进化出不同的策略来抵抗铝毒害。阐明这些机理,将有助于开发抗铝毒农作物新品种。大部分陆生植物利用根系分泌一些有机酸来对付铝毒害,但根系分泌的异羟肟酸类物质(丁布和门布等)与玉米的耐铝能力的关系尚未见报道。收集中国56个主栽玉米(Zea mays)品种,设置铝胁迫试验,测定它们在铝的胁迫下根系异羟肟酸的分泌量、根伸长量、根尖胼胝质的质量分数和铝质量分数,分析了根系分泌的异羟肟酸与玉米耐铝能力的相关性。结果表明,铝可诱导玉米根系分泌异羟肟酸;用铝处理后,玉米根伸长受阻,根尖铝质量分数和胼胝质质量分数增加。在铝的胁迫下,根相对伸长率与异羟肟酸分泌量呈极显著正相关(r丁布=0.455 0**,r门布=0.600 8**),而根尖铝质量分数与异羟肟酸分泌量呈极显著负相关(r丁布=-0.354 2**,r门布=-0.484 1**),根尖胼胝质质量分数与异羟肟酸分泌量也呈负相关(r丁布=-0.365 1**,r门布=-0.135 1)。并且,聚类分析表明耐铝型的30个玉米品种在铝胁迫下根系分泌异羟肟酸的能力显著高于铝敏感型的7个品种。这些研究结果表明,铝诱导的根系分泌异羟肟酸类物质可能是一些耐铝玉米品种抵御铝毒害的一种机制。     

水杨酸对八仙花组培苗铝胁迫的缓解效应

为了探讨和分析高耐铝植物的生态恢复作用,采用不同浓度水杨酸(SA)和AlCl_3溶液共同对生长一致的八仙花组培苗进行胁迫处理,研究SA对其铝毒害的缓解效应。通过形态观察和可溶性糖、丙二醛(MDA)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)等生理指标分析,结果表明SA不能消除铝胁迫对植株生长的抑制作用,高浓度会产生毒害效果,但低浓度SA能够有效降低质膜过氧化损伤,增加植株中SOD和POD活性,提高可溶性糖的含量,减少MDA的积累,从而缓解铝胁迫的毒害。     

植物铜素毒害及其抗性机制研究进展

Cu是植物生命活动必需的微量矿质元素，广泛参与各种生命活动；但过量Cu胁迫将诱导植物细胞产生大量活性氧，引起膜脂过氧化，膜透性增大，细胞内容物大量外渗，甚至发生细胞死亡。Cu^2 扩散到细胞核内会诱发DNA之间、蛋白质之间以及DNA和蛋白质之间发生分子内和分子间交联，DNA链的断裂、重排和脱嘌呤作用等前诱变损伤以及DNA期外合成、DNA甲基化异常等遗传毒害。植物细胞在长期进化过程中形成了各种抗Cu素毒害机制，如细胞壁的固着作用、质膜的限制作用、有机小分子(有机酸、植物螯合肽、金属硫蛋白)螯合作用等。文章综述了有关研究的最新进展。     

模拟酸雨的土壤淋洗液对马尾松华山松幼苗生长的影响

用不同酸度的模拟酸雨土壤淋洗液作培养液，以中性降水土壤淋洗液作对照，研究了马尾松、华山松幼苗受土壤溶液酸度及Ａｌ３＋浓度毒害的症状。观测了受毒害后的可视性症状出现的时间、根系伸长生长受阻的情况、植物体各部分生物量以及一些物质含量的浓度。结果表明，植物体受土壤溶液中各种浓度的Ｈ＋与Ａｌ３＋影响后，普遍出现根部膨胀、植物体发红的受害症状。低酸度模拟酸雨的土壤淋洗液可在一定时间内使幼苗生物量呈增加的趋势，高酸度模拟酸雨处理后的情况则与之相反。与可视性症状相比，植物体中一些物质的含量对Ｈ＋和Ａｌ３＋浓度更加敏感；根系部分敏感于地上部分；华山松敏感于马尾松。     

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.     

The toxicity of aluminum to aquatic species in the US

In August 1988 the US Environmental Protection Agency (EPA) published an ambient water quality criteria document for the protection of aquatic organisms from the toxic effects of aluminum. The EPA water quality criteria were developed utilizing procedures described in theGuidelines for Deriving Numerical National Water Quality Criteria for the Protection of Aquatic Organisms and Their Uses, and after careful analysis of the latest toxicological information available to EPA on the adverse effects of aluminum on aquatic vertebrates, invertebrates and plants.The EPA criteria recommend that the four-day average concentration of aluminum not exceed 87 g L^–1 more than once every three years on the average when the ambient pH is between 6.5 and 9.0 to provide protection from chronic toxicity. The criteria also recommend that the one-hour average concentration of aluminum not exceed 750 g L^–1 more than once every three years on the average when the ambient pH is between 6.5 and 9.0 to provide protection from acute toxicity.Acute toxicity data for 20 species of freshwater aquatic organisms and chronic toxicity data for five species of freshwater aquatic organisms were utilized to develop the EPA water quality criteria. Striped bass and brook trout were observed to be the two most sensitive North American species to the toxic effects of aluminum. Aluminum toxicity was also observed to be increased at lower pH.     

Assessing the health risks of aluminum

Aluminum is a ubiquitous substance with over 4,000 uses. Aluminum, as aluminum sulfate, is commonly used in the United States as a coagulant in the treatment of drinking water. For many years aluminum was not considered to be toxic to humans. However, reports associating aluminum with several skeletal and neurological disorders in humans suggest that exposure to aluminum may pose a health hazard. In 1983 the US Environmental Protection Agency (EPA) announced plans to regulate a number of substances, including aluminum, in drinking water. Aluminum was considered because of its occurrence and apparent toxicity. Upon further evaluation of the health effects data the EPA proposed not to regulate aluminum as a result of the uncertainty of the toxicity of ingested aluminum. Putative causal associations between aluminum exposure and neurological disorders such as Alzheimer's disease have yet to be substantiated. Although several issues regarding the toxicity of ingested aluminum are unresolved, aluminum has been specified in the 1986 Amendments to the Safe Drinking Water Act, as one of 83 substances in drinking water to be regulated by 1989. Additional data are needed before the potential risk of aluminum can be assessed; therefore the EPA has deferred possible regulation until 1991.     

植物重金属伤害及其抗性机理

讨论了二个问题：（1）重金属对植物伤害效应及伤害机理。其中包括重金属对植物细胞质膜透性,水分代谢、光合作用、呼吸作用、碳水化合物代谢、氮素代谢、核酸代谢、植物激素等生理生化过程,生境以及矿质营养的伤害效应,在伤害机理中讨论了植物体内原有的离子平衡系统,大分子物质活性和自由基与伤害的关系。（2）植物对重金属抗性及抗性机理。其中包括植物对重金属的抗性概念,例证,分类,抗性机理包括植物限制重金属离子吸收,重金属与体外分泌物结合,重金属的排除,根系富集,与细胞壁结合,在液泡中积累,形成类－金属硫蛋白或植物络合素,加强抗氧化系统等与植物抗性的关系,参85     

宁夏地区二斑叶螨的寄主植物选择及其季节转移

采用田间系统观察和室内饲养方法,调查并发现宁夏引黄灌区和新垦区二斑叶螨（Tetranychus urticae Koch)为寄主植物88种,其中野生寄主植物59种,栽培寄主29种,垦前荒漠,半荒漠有适宜二斑叶螨生存和繁殖的寄主植物分布,用生命表方法研究了20种主要寄主植物对二斑叶螨实验种群净生殖率（R0)的营养效应,不同寄主植物随季节的变化其营养效应明显不同,对二斑叶螨在这些寄主植物间的季节转移规律研究表明,宁夏农田,以野荠菜Capsella bursa-pastoris,小旋花Calystegia hederacea,小蓟Cephalanoplos segetumji,苦苣菜Sonchus brachyotus,车前草Plantago asiatica,蚕豆Vicia foba,大豆Glycine max,玉米Zea mays等一起,构成了有利于二斑叶螨季节转移的寄主体系,分析认为,宁夏麦套玉米间作大豆的耕种模式是二斑叶螨大发生的主要原因之一。     

土壤中铜和镍的植物毒性预测模型的种间外推验证

在基于物种敏感性分布法推导土壤金属生态阈值过程中,利用毒性预测模型对来源于不同土壤的毒理学数据进行归一化处理可消除土壤性质差异的影响,但目前建立的毒性预测模型仅限于少数物种。本研究通过比较土壤中小白菜、西红柿和大麦的铜和镍的毒性预测模型应用于其他高等植物的预测效果,以及归一化前后各物种毒性阈值的种内变异程度,考察了土壤中铜和镍的植物毒性预测模型种间外推的可行性和适用范围,解决了铜和镍土壤生态阈值导出过程中的方法学问题。土壤中镍对小白菜的毒性预测模型能较好地预测芥菜和青椒的镍毒性阈值,利用该模型对芥菜和青椒在不同土壤中的镍毒性阈值进行归一化后亦能显著降低其种内变异,其种内变异系数分别从1.18和1.25降至0.31和0.06;但将镍对小白菜、西红柿和大麦的毒性预测模型应用于莴笋和莴苣的毒性阈值预测时,在pH<6.0的酸性土壤中其预测值均小于实测值,其实测值与预测值的比值在3.2到6.8之间。对小麦、黄瓜和青椒的铜毒性阈值而言,小白菜模型预测效果优于西红柿和大麦模型。利用西红柿模型归一化黄瓜铜毒性阈值,其毒性阈值的种内变异系数从0.83降至0.14。大麦的铜毒性预测模型能较准确地预测水稻、洋葱、芥菜、包菜和萝卜的毒性阈值,且这5个物种的铜毒性阈值经大麦模型归一化后其种内变异均显著降低。本研究结果可为土壤中铜和镍的植物毒性预测模型的种间外推提供科学依据。