海州香薷根细胞壁对铜的吸附固定机制研究

海州香薷是铜耐性植物,细胞壁是其吸收积累铜的重要场所.本文利用细胞壁化学改性结合吸附动力学试验和红外光谱学研究了海州香薷根细胞壁及其组分对Cu2+的吸附动力学特征,以及它们吸附固定Cu2+的功能基团.吸附动力学试验表明,海州香薷根细胞壁对Cu2+吸附300 min后,吸附量已接近饱和水平,达到最大吸附量的90%左右;500 min时达到吸附饱和,饱和吸附量为5.85 mg·g-1.当细胞壁进行化学改性后,如氨水处理细胞壁使果胶变成低酯化的酰胺类果胶或者去除细胞壁中的纤维素,根细胞壁对铜的吸附量会显著降低.果胶和纤维素分别吸附了19.85%和25.48%的Cu2+,是细胞壁吸附固定Cu2+的两大主要组分.红外光谱研究也表明,在海州香薷根细胞壁吸附Cu2+的过程中,羟基、羧基和氨基是Cu2+的主要结合位点.其中,果胶为Cu2+的结合提供了羟基官能团,纤维素和半纤维素为Cu2+的结合提供了羧基官能团,而细胞壁蛋白提供了氨基官能团等结合位点.由此可见,根细胞壁及其各个组分对Cu2+具有较高的吸附固定能力,是海州香薷根系Cu耐性的重要机制.     

海州香薷对铜的蓄积及铜的毒性效应

研究了不同浓度铜对海州香薷的毒性及海州香薷对铜的蓄积结果表明0.5 mmol/kg的铜能促进海州香薷的生长,使其生物量增大.低浓度的Cu²⁺使叶绿素a含量上升,而高浓度Cu²⁺则使叶绿素a下降,但Cu²⁺对叶绿素b的影响并不明显.反映到a/b上则表现为低浓度下Cu²⁺处理会提高a/b值.海州香薷的蓄铜浓度随土壤中铜浓度的增加而升高,可达1500mg/kg,达到了超量积累植物的标准.铜对SOD、POD活性的影响也表现为低浓度的刺激效应和高浓度的抑制效应,最高值出现在0.5 mol/kg.     

赤潮异弯藻对2种桡足类的急性毒性效应

研究了赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)及其不同处理组分对桡足类中华哲水蚤(Calanus sinicus)和猛水蚤(Amo-nardia normani)存活率的影响。结果表明:赤潮异弯藻藻液对中华哲水蚤24 h、48 h、72 h、96 h的LC50分别为204.74×104、144.49×104、47.1×104和25.7×104/mL,对猛水蚤24 h、48 h、72 h、96 h的LC50分别为289.07×104、260.00×104、75.38×104和56.21×104/mL;赤潮异弯藻对2种桡足类的安全密度分别是21.56×104/mL和63.21×104/mL。通过对赤潮异弯藻不同处理组分(藻液、藻细胞悬浮液、去藻过滤液、藻细胞内容物和藻细胞碎片)的毒性比较,发现藻液、藻细胞悬浮液和藻细胞碎片对2种桡足类的致死率较高,而去藻过滤液及藻细胞内容物基本无影响,试验得出猛水蚤对赤潮异弯藻毒性的耐受能力显著高于中华哲水蚤。     

螯合剂对铜毒性的影响

研究了螯合剂EDTA和DTPA对海州香薷蓄铜能力和铜毒性的影响.结果显示,EDTA和DTPA能抑制植物的生长,使其生物量降低,叶绿素含量下降,同时降低了植物的根系活力.EDTA和DTPA都可引起植物SOD、POD活性上升,在与Cu²⁺共同作用下,EDTA对Cu²⁺毒性影响较小,表现在SOD、POD活性仍按Cu²⁺独立作用下的变化规律而变化,且数值上变化不大.而DTPA则降低了Cu²⁺作用下SOD、POD活性的变化.EDTA使海州香薷地上部分铜浓度增加,DTPA则明显降低了海州香薷的铜含量.     

镉在三色堇中的积累及亚细胞与化学形态分布

通过营养液培养实验,研究了在不同Cd浓度(0、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4 mmol·L-1)处理下,三色堇地下部和地上部中Cd的含量与积累特征,进一步分析了Cd在三色堇体内的亚细胞分布特征和化学形态分布特征.结果表明,三色堇体内Cd积累量随着Cd浓度的增加而不断增加,对Cd具有很高的积累能力,是一种潜在的Cd超富集植物.三色堇地下部和地上部大部分的Cd分布在可溶组分和细胞壁中,而在细胞器中的分布较少.随着Cd处理浓度的增加,地下部细胞壁中镉的分配比例呈增加趋势.植株中大部分的Cd以乙醇提取态和水取提态存在,随着Cd处理浓度的增加,地上部中活性强、毒性较高的乙醇提取态和水提取态Cd分配比例总和减少,而活性较弱、毒性较低的氯化钠提取态和醋酸提取态Cd分配比例增加,这有利于降低总镉的相对毒性.因此,液泡区隔化、细胞壁固持和化学形态转化可能是三色堇应对Cd胁迫的重要耐性机制.     

LAS和AE对水生植物损伤的显微和亚显微结构观察

利用透射电镜研究了阴离子型表面活性剂LAS和非离子型表面活性剂AE对水生植物水绵、水浮莲的损伤作用.观察发现,在LAS处理液中,水绵细胞壁外层被溶解而消失,载色体的规则螺旋缠绕结构被打乱,集结成团.细胞膜与细胞壁部分分离.水浮莲细胞出现质壁分离,细胞膜部分解体,细胞质中有许多空腔,液泡增大,叶绿体变形;在AE处理液中,水绵细胞壁外层被溶解,细胞膜消失,载色体和造粉核解体,分散于整个由细胞壁内层构成的空腔中.水浮莲细胞膜部分解体,染色质浓缩,核膜逐渐解体,叶绿体和线粒体解体,液泡消失,被细胞质充填.可以推断:LAS和AE对水生植物损伤的机理不同,AE以溶解为主,LAS则除溶解外,所带电荷引起蛋白质构象改变也是主要因素之一.     

Genomic analyses of metal resistance genes in three plant growth promoting bacteria of legume plants in Northwest mine tailings,China

To better understand the diversity of metal resistance genetic determinant from microbes that survived at metal tailings in northwest of China, a highly elevated level of heavy metal containing region, genomic analyses was conducted using genome sequence of three native metal-resistant plant growth promoting bacteria(PGPB). It shows that: Mesorhizobium amorphae CCNWGS0123 contains metal transporters from P-type ATPase, CDF(Cation Diffusion Facilitator), Hup E/Ure J and CHR(chromate ion transporter) family involved in copper, zinc, nickel as well as chromate resistance and homeostasis. Meanwhile, the putative Cop A/Cue O system is expected to mediate copper resistance in Sinorhizobium meliloti CCNWSX0020 while Znt A transporter, assisted with putative Czc D, determines zinc tolerance in Agrobacterium tumefaciens CCNWGS0286. The greenhouse experiment provides the consistent evidence of the plant growth promoting effects of these microbes on their hosts by nitrogen fixation and/or indoleacetic acid(IAA) secretion,indicating a potential in-site phytoremediation usage in the mining tailing regions of China.     

铜在拔节期小麦中的亚细胞分布

为了解小麦对Cu的解毒及耐性机制,通过盆栽试验并采用差速离心法研究了Cu在拔节期小麦根和叶片中的亚细胞分布。研究表明,在Cu胁迫下根和叶亚细胞组分中Cu含量随胁迫浓度的升高呈上升趋势,Cu主要富集在小麦根部,向地上叶片中输送较少,小麦根部Cu含量是叶片中的1.7~4.1倍。细胞质可溶性部分和细胞壁是Cu在小麦细胞内分布的主要位点,分别占总量的36%~81%和14%~48%,细胞器中分布较少,提高Cu胁迫浓度增强了细胞质可溶性部分对Cu的区隔化作用,减弱了细胞壁对Cu的固持作用,同时减少了Cu在细胞器中的分布;叶片细胞壁对Cu的固定作用较强,根部细胞质可溶性部分对Cu的区隔化作用较强。分析表明,细胞壁的沉淀和细胞质的区隔化作用对小麦对Cu的耐性起着重要的作用。     

砷超富集植物蜈蚣草中磷和钙的亚细胞分布及其与耐砷毒的关系

为了在研究砷超富集植物蜈蚣草中磷和钙的亚细胞分布,并探讨其与蜈蚣草耐砷毒的关系进行了试验研究.结果表明,蜈蚣草吸收的磷主要分布在胞质组分中(平均占各部位总磷含量的44%以上),吸收的钙主要分布在细胞壁组分中(平均占各部位总钙含量的48%以上).与低钙(0.03和2.5 mmol·L-1)处理相比,高钙(5.0 mmol·L-1)处理时,根部的胞质组分和叶柄的细胞器组分中磷含量较高.各器官的亚细胞组分中钙含量随着介质中添加钙浓度的提高而增加.介质钙浓度过高会抑制蜈蚣草的生长.在加砷处理下,根部和叶柄细胞壁组分的磷含量有所减少,但地上部细胞器组分的磷含量及其含磷总量占植株含磷总量的相对比例、根部细胞壁组分的钙含量增加.蜈蚣草自主调节磷和钙的亚细胞水平分布可能是其耐砷毒的机制之一.     

芨芨草草丛肥岛特征

论文通过对祁连山区芨芨草草丛肥岛特征研究,结果表明:①芨芨草草丛肥岛冠幅下土壤养分高于空地。②土壤有机质、 全氮、 全磷、 速效氮、 速效磷、 速效钾、 速效锌、 速效锰和速效铁含量从草丛中心到距草丛边缘100 cm变化的整体规律是先减小后增加;但距草丛边缘100 cm含量低于草丛中心。③土壤全钾含量、 pH值和速效铜含量从草丛中心到距草丛边缘100 cm变化规律为:全钾含量在各土层变化各异;pH值变化0~10 cm和10~20 cm土层升高,20~30 cm土层则降低;速效铜含量0~10 cm和10~20 cm土层持续下降,20~30 cm土层先减小后增加,并在距草丛边缘40 cm含量最低。总体而言,芨芨草草丛肥岛的各种土壤养分变化规律不是完全一致的。     

多氯联苯复合污染农田土壤的植物协同修复效应

采用田间微域试验,初步研究了紫花苜蓿与海州香薷、伴矿景天在不同栽培模式下对多氯联苯(PCBs)复合污染农田土壤的协同修复作用.结果表明,紫花苜蓿与海州香薷、伴矿景天混作对PCBs复合污染土壤的修复效果明显高于紫花苜蓿单作,其中紫花苜蓿-海州香薷混作、紫花苜蓿-海州香薷-伴矿景天混作种植120d后,土壤中PCBs含量比紫花苜蓿单作时分别降低43.0%和47.8%,强化效果显著.与紫花苜蓿单作相比,紫花苜蓿与海州香薷、伴矿景天混作可有效提高植株总生物量,增强植物对土壤中PCBs的吸收富集能力.土壤PCBs同系物分析结果表明,种植植物可有效降低土壤中低氯代PCBs含量,植物混作栽培模式可以促进高氯代PCBs组分向低氯代PCBs组分的转变.可见,紫花苜蓿与海州香薷、伴矿景天混作对多氯联苯复合污染农田土壤具有较好的协同修复作用.     

镉和铅对长柔毛委陵菜体内锌的亚细胞分布和化学形态的影响

通过营养液培养并采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法,分析了Cd和Pb及不同Zn盐对长柔毛委陵菜(Potentilla griffithii var.velutina)叶片、叶柄和根中Zn的亚细胞分布和化学形态的影响.结果表明,除对照外,长柔毛委陵菜体内46%～74%和16%～33%的Zn分别分布在细胞壁和可溶部分中;在所有处理中,细胞壁和可溶部分的Zn含量占总量的74%～95%,这说明细胞壁和可溶部分是Zn在植物体内的2个主要分布位点.与对照相比, Zn、Cd和Pb的添加使Zn在细胞壁的分配比例显著增加9%～38%(P<0.05),而可溶部分的分配比例则显著减少6%～40%(p<0.05).与单Zn处理相比, Cd和Pb虽然没有改变Zn亚细胞分布中"细胞壁>可溶部分>细胞核和叶绿体>线粒体"的格局,但增加了在细胞壁或可溶部分的分配比例,促进Zn向细胞壁或液泡中转移.Zn在长柔毛委陵菜体内以多种化学形态存在:在对照中植物各部位和单Zn处理的叶片中, Zn的乙醇提取态和水提取态所占比例达到61%～87%;在单Zn处理的叶柄和根中, Zn的氯化钠提取态和乙醇提取态占总量的62%～73%;在Zn/Cd和Zn/Pb复合处理中,氯化钠提取态、乙醇提取态和水提取态等3种化学形态占总量的70%～89%.Zn、Cd和Pb的添加大多提高了Zn的氯化钠提取态的分配比例,而降低乙醇提取态的分配比例,促进Zn向活性较弱的结合形态转移.这些结果表明细胞壁固持、液泡区隔化和活性较强化学形态的减少是长柔毛委陵菜在单Zn处理、Zn/Cd和Zn/Pb复合处理下耐Zn的主要机制.此外,不同Zn盐对长柔毛委陵菜的Zn亚细胞分布没有明显影响,而硝酸锌处理使Zn的乙醇提取态成为优势形态.     

EDTA和腐殖酸对铜在淡水藻(Scenedesmus subspicatus 86.81 SAG)细胞内外分布的影响

讨论了铜在淡水藻（Scenedesmus subspicatus86.81SAG)细胞壁和细胞内分布规律，以及乙二胺四乙酸（EDTA）和水体腐殖酸（FA）存在下对铜分布的影响，研究结果表明，EDTA和FA的存在显著降低了细胞表面铜的吸附量，但是不影响细胞内铜的浓度，对测定数据进行分析。可以认为溶液相铜与EDTA或FA形成的铜络合物是生物无效形态，不参与铜在藻细胞壁上特定位点或生物配体的竞争结合反应。     

根分泌物与微生物对污染土壤重金属活性的影响

研究了铜富集植物海州香薷(Elsholtziasplendens)和鸭跖草(Commelinacommunis)根分泌物,以及假单胞菌(P.aeruginosaZD4-3)和白腐真菌(P.Chrysosprim)对污染土壤重金属活性的影响.结果表明,海州香薷和鸭跖草根分泌物对污染土壤中Cu有一定的活化能力,不同处理间差异不大,鸭跖草根分泌物对Cu的活化能力大于海州香薷.不同处理根分泌物中有机酸种类或含量有所差异,但主要以草酸和出峰时间为6.5min左右的未知有机酸为主.假单胞菌对污染土壤Cu、Pb和Zn有很强的活化作用;白腐真菌对Cu、Zn有活化作用,对Pb则表现为固定作用,海州香薷根分泌物降低了供试假单胞菌对重金属的活化效果,但增加了白腐真菌对重金属的活化效果.     

Effect of copper tolerant Elsholtzia splendens on bacterial community associated with Commelina communis on a copper mine spoil

Facilitation, or positive plant–plant interaction, has received increasing concern from ecologists over the last two decades. Facilitation may occur through direct mitigation of severe environments or indirect mediation by a third participant from the same or different trophic levels. The copper(Cu) tolerant species Elsholtzia splendens facilitates the establishment and growth of co-occurring Commelina communis through indirect enrichment of microbial activity. However, whether and how E. splendens impacts the microbial community that is associated with C. communis is less known. We characterized the soil bacterial community in the rhizosphere of C. communis in the absence and presence of E.splendens using PCR-DGGE(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis) and sequencing. The result showed that the richness of the bacterial community increased, but diversity and evenness remained similar, in the presence of E. splendens.Chloroflexi, Acidobacteria and Proteobacteria were the most dominant bacteria. The relative abundance of dominant and minor bacterial groups showed distinctly different responses to E. splendens. Principal component analysis and redundancy analysis indicated that variation of the bacterial community was determined by multiple factors and might be driven by the tested soil parameters collectively, or alternatively changed through plant root exudates or other microorganisms. Our results enhance the understanding of how the bacterial community associated with a beneficiary plant responds to a benefactor plant and suggests that the changes of bacterial community composition may have far-reaching influence on plant–soil feedback and the aboveground plant community in the long run.     

海洲香薷种群微量金属元素的累积分布特征

分析了大冶铜绿山铜矿区海洲香薷种群几种微量金属元素的吸收累积和分布特征、生殖分配( RA)特征及植物与土壤元素的关系 ,并就该植物对铜等金属元素的耐受性进行了初步探讨。结果显示 ,该植物生长的土壤重金属元素含量很高 ,其中 Cu的含量 (平均 5 843μg/ g)是背景值的 2 0 0多倍。 Cu、Mn、Zn、Cd、Pb几种微量金属元素的含量 ,以 Cu最高 ,Cd最低。几种元素的大小顺序表现为 :Cu>Mn>Zn>Pb>Cd。不同元素在植物不同构件的含量为 :Cu,根 >花 >叶 >茎 ;Mn,叶 >根 >花 >茎 ;Zn,叶 >花 >茎 >根 ;Cd,叶 >花 >根 >茎 ;Pb,根 >叶 >茎 >花。这几种元素的 RA范围为 10 %～ 40 % ,平均为 2 4.97% ;生物量 RA为 2 6.5 %。植物铜元素与土壤显著正相关。海洲香薷对铜等金属具有很强的耐受性。     

Woody species Rhus chinensis Mill. seedlings tolerance to Pb: Physiological and biochemical response

Screening potential plant species is a crucial consideration in phytoremediation technology. Our previous study demonstrated that Rhus chinensis Mill. seedlings had potentials for phytoremediation of Pb contaminated soil. However, its bioaccumulation and tolerance characteristics remain unclear. Seedling growth, LMWOAs secreted by roots, Pb subcellular distribution and chemical forms, and mineral elements in R. chinensis tissues were evaluated under different Pb concentrations (0, 25, 50, 100, 200 and 400?mg/L) in culture solution at 14?days after planting. R. chinensis did not show visual symptoms of Pb toxicity under lower Pb treatments; however, Pb significantly declined the growth of seedlings under higher Pb treatments. Higher Pb stress also decreased the concentrations of nitrogen in leaves, but increased the concentrations of P and K in roots. Pb stress also decreased Mn concentrations in leaves. A great quantity of Pb was uptake and mostly retained in R. chinensis roots. Nonetheless, R. chinensis can still concentrate 459.3 and 1102.7?mg/kg Pb in leaves and stems, respectively. Most of Pb in R. chinensis tissues was stored in the cell wall with HAc-, HCl-, and NaCl-extractable form. LMWOAs secreted by R. chinensis roots showed a strong positive correlation with Pb concentrations in all plant tissues and with P in roots. Our results suggested that Pb deposited in the cell wall and integration with phosphate or oxalate might be responsible for the tolerance of R. chinensis under Pb stress in short period.     

木霉制剂对海州香薷生长和铜吸收的影响

将里氏木霉FS10-C用苜蓿粉发酵制成固体木霉制剂.采用温室盆栽试验,研究在外源铜浓度为0,100,200,400mg/kg的土壤上,施加木霉制剂对海州香薷生长和铜吸收的影响.结果表明:施加木霉制剂后,除400mg/kg外源铜浓度土壤上地上部干重外,海州香薷生物量在各外源铜浓度土壤上均呈增加趋势.施加木霉制剂的各外源铜浓度土壤NH4OAc提取态铜含量均显著高于空白组(P<0.05),且除100mg/kg外源铜土壤上地上部外,海州香薷铜积累量均呈增加趋势.其中地上部积累量在200和400mg/kg外源铜土壤上均差异显著(P<0.05),根积累量在100mg/kg外源铜土壤上差异显著(P<0.05),总积累量在100和400mg/kg外源铜土壤上均差异显著(P<0.05).可见,里氏木霉FS10-C制剂可通过促进植物生长和提高土壤铜的植物有效性而提高海州香薷对铜的吸收能力,是一种颇具研发潜力的生物修复剂.     

紫云英对污染土壤上叶菜生长及其镉和铅含量的影响

为降低城郊菜地土壤叶菜可食部分Cd、Pb含量,通过3茬盆栽试验研究了紫云英(Astragalus sinicus L.)绿肥对重金属污染菜地上的叶菜生长、叶菜镉铅含量及土壤Cd、Pb活性形态(土壤溶液中Cd、Pb浓度及DTPA浸提态)的影响.结果表明,与对照相比,紫云英显著提高了供试生菜和苋菜的地上部生物量;但对DTPA-Cd和DTPA-Pb没有显著影响,对土壤溶液Cd、Pb浓度影响较小,没有显著影响供试生菜和苋菜地上部Cd、Pb含量.因而紫云英可以施用到供试菜地土壤上以提高叶菜产量,且不会提高叶菜Cd、Pb的食物链风险.