Pb在豌豆幼苗细胞中的超微结构分布与毒性研究

伴随日趋严重的重金属环境污染问题,植物修复的可能机制及重金属胁迫下植物的损伤与抗性机理成为研究热点.采用透射电子显微镜和X-射线微区分析技术,研究了中度(50mg/L)和严重(200mg/L)Pb2 胁迫下豌豆幼苗根叶细胞的超微结构损伤和铅在植物器官和细胞器水平的区域化分布情况.结果显示,重金属对植物的毒害表现为对细胞的膜结构和各种细胞器的整体性伤害,且各细胞器的受损程度不同;豌豆对铅的相对耐性机理可能包括重金属胁迫下不同细胞器的差异反应、根系富集、细胞壁结合和液泡的区隔化作用等.图6参24     

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.     

环境重金属污染的细菌修复与检测

日益严重的环境重金属污染引起政府和科技工作者的广泛关注,以细菌为研究对象的生物修复与检测技术已成为环境科学领域中一大研究热点.细菌可通过对重金属的吸附富集、氧化还原、成矿沉淀、淋滤、协同植物吸收等作用修复环境重金属污染.在重金属污染环境中,细菌为响应重金属的胁迫而产生的种群结构、生物量和生理代谢活性的变化信息可用于重金属生物有效性的检测.本文从细菌对重金属的耐性、环境重金属污染的细菌修复和检测等方面综述该领域近10年的研究进展,并就目前存在的问题提出今后亟待开展的研究.参86     

植物修复土壤重金属污染中外源物质的影响机制和应用研究进展

重金属进入土壤后难以被降解,并通过食物链在生物体内富集,长此以往会导致中毒、癌症、畸形、突变,严重影响了人类生产活动及地球生态系统的稳定。植物修复技术是一种经济有效的重金属污染修复技术,其依靠超富集植物强大的自身抗性机制,从土壤中提取或稳定重金属,达到污染治理的目的。然而修复土壤重金属污染的超富集植物通常生长缓慢、生物量低,其抗性机制也会受到植物本身对重金属胁迫的阈值限制,当胁迫超过这个阈值,植物修复的效率就会大大降低甚至失去修复功能。文章在解析植物重金属相互作用机制的基础上,综述了添加外源物质对重金属毒害植物的缓解效应以及其在强化植物修复土壤重金属污染中的应用研究进展;介绍了应用外源物质调控植物吸收转运重金属的3种途径,分别为提高土壤重金属生物利用度、促进植物生长以及增强植物耐性。提出了应用外源物质作为强化植物修复措施的潜力及今后的研究方向,其未来的研究应着重于以下方面:明确外源物质的应用浓度、时期、方式与植物吸收转运重金属之间的关系;从植物内源激素及信号分子间的互作、抗逆基因表达、内生及根际微生物等不同层面上揭示外源物质对植物积累重金属的调控机理;开展外源物质与其他植物修复强化技术的联合应用研究。这些研究可为土壤重金属污染的植物修复技术及其强化措施研究提供科学依据,同时也对植物修复工程技术的发展实践具有一定的指导意义。     

植物对土壤重金属镉抗性的研究进展

各种人类活动,如采矿、制革、冶炼、污水灌溉等引起土壤和水体重金属污染,严重威胁着植物生长和人类健康。重金属镉污染是其中最常见的一种。该文描述了受重金属镉胁迫时植物的生理机制及各种抑制表现,如线粒体的裂解,细胞的生长分裂、水分的吸收、光合作用受到抑制等;同时也从微生物和细胞分子生物学方面分析了植物对重金属胁迫的应对策略,它依赖于植物本身和周围生存微环境的通力合作,主要包括降低对重金属的利用、控制重金属的吸收、螯合重金属、促进重金属的排出、区室化重金属和对重金属诱导的活性氧基团进行解毒等几条途径。另外,植物体对土壤环境中重金属镉的吸收、转运和解毒是一个精密的调控过程,参与重金属吸收和排出的转运蛋白在整个调控过程中发挥关键作用,参与了吸收、螯合、区室化和代谢利用等关键步骤。非必需重金属转运蛋白分重金属吸收蛋白和重金属排出蛋白2大类,吸收蛋白主要有AtNRAMP、ZNT和OsIRT等,能够通过某一种或几种阳离子转运载体蛋白运输至植物体内;排除蛋白主要包括P1B型ATP酶、阳离子转运促进蛋白家族(CDF)和三磷酸结合盒转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABC转运蛋白)3大蛋白家族,主要将重金属转运出细胞质或者将重金属转运进入植物体内的细胞器,转运蛋白在植物耐受重金属胁迫中起着积极的防御作用。该文探讨了植物对重金属镉胁迫的各种抗性机制,可为土壤重金属镉污染的修复如微生物修复、植物修复等提供一定的理论依据和应用指导。     

根际促生菌影响植物吸收和转运重金属的研究进展

土壤重金属污染对生态环境和人类健康造成严重危害,使得土壤重金属污染修复成为全球关注的研究热点之一。根际土壤中存在着数量和种类丰富的微生物种群,是根际环境中最重要的生物因素。重金属污染土壤中根际微生物与植物根系以及土壤形成特殊根际微环境,影响植物重金吸收、转运过程。根际促生菌通过产生植物生长激素类物质促进植物生长,改变根际微环境中重金属元素生物有效性,增加修复植物重金属吸收量,强化重金属污染土壤植物修复效率。近年来,根际促生菌强化重金属污染土壤植物修复效率相关研究文献数量迅速增加,最新研究成果表明:根际促生菌通过菌体表面活性基团吸附,诱导植物系统抗性(ISR),激活植物抗氧化酶活性,分泌高亲和性铁载体(Siderophores)增加根际铁供给量,竞争性抑制重金属元素的根系吸收,改变植物重金属的吸收、转运及胞内分布过程,抑制重金属元素向植物地上部分转运,同时增加农作物产量。文章对根际促生菌影响植物重金属吸收﹑转运最新研究进展进行综述,提出根际促生菌原位定殖,重金属元素亚细胞分布和重金属吸收、转运分子调控机制等方面的深入研究,将有助于进一步阐明重金属污染土壤植物根际促生菌-植物相互作用机制。通过根际促生菌调控农作物可食部分重金属的累积量,为实现中低污染农田安全生产与修复研究提供新思路。     

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     

铅迫胁下黄瓜幼苗期叶片内源激素的变化

土壤中的重金属污染会对植物造成伤害,在细胞内重金属离子会通过不同途径干扰和破坏细胞的正常代谢。植物激素能调节和控制植物的生长和发育。以黄瓜(Cucumis sativus L.)为材料,通过人工模拟重金属污染环境,对不同质量浓度铅胁迫下黄瓜幼苗的叶片,采用高效液相色谱法进行生长素(IAA)、细胞分裂素(Z)、赤霉素(GA3)、脱落酸(ABA)的分离、纯化和测定。探讨重金属污染对植物内源激素水平方面的变化的影响,进一步了解重金属污染对植物产生伤害的机制及抵御胁迫所发生的变化,从而采取有效措施解决重金属污染的问题。结果发现:所测的几种激素均表现出明显的变化规律:GA3、ABA升高,IAA、Z含量先上升后下降;同时经比较分析得出,随着铅质量浓度的增大,IAA/ABA、Z/ABA及GA3/ABA之比下降,Z/IAA升高。结果表明黄瓜幼苗期抵抗重金属污染的能力与内源激素水平及内源激素平衡有关。     

类芦根系抗氧化酶和植物螯合肽对Cd、Pb胁迫的应答

类芦(Neyraudiarey naudiana)是中国南方金属矿区最为常见的耐性植物,且能大量富集重金属,是修复重金属污染的潜能植物。为研究其对重金属胁迫的应答机制,采用营养液培养的方法研究了不同浓度(0、25、50、100μmol·L~(-1))Cd、Pb处理24 h后,类芦根系氧化损伤、抗氧化酶活性和非蛋白巯基化合物含量的变化。结果表明,在Cd、Pb胁迫下,类芦根系H_2O_2和O_2~(·-)含量显著增加,且伴随有MDA含量的升高,当Cd、Pb浓度为100μmol·L~(-1)时,MDA分别达到6.72和16.12nmol·g~(-1),发生膜脂质过氧化,造成植物氧化损伤。Pb胁迫下,SOD,POD活性随着处理浓度的增加呈现先上升后下降的趋势;Cd胁迫下SOD活性变化趋势与Pb胁迫的相似,而POD活性呈下降趋势。根系非蛋白巯基化合物含量检测显示,Cd、Pb处理下,GSH和PCs均呈先增加后下降的趋势。综合分析得出,类芦根系对不同重金属的不同浓度胁迫响应不一,其能通过调节抗氧化酶活性和植物螯合肽等的合成水平,降低重金属的毒性及其对植物的伤害,从而维持自身的稳态。     

植物镉耐性/富集基因的筛选方法

植物耐受/富集镉（Cd）是一个复杂的过程,涉及转运蛋白家族、螯合蛋白家族、抗氧化系统等多个方面的参与。文章综述了植物Cd耐性/富集基因的筛选方法,包括抗性表达文库、Cd抗性突变体的图位克隆、基因差异表达、电子克隆。筛选Cd抗性植物cDNA酵母表达文库可鉴定与金属束缚、隔离及外排相关的膜转运蛋白;筛选重金属敏感拟南芥突变体和图位克隆突变基因可鉴定与谷胱甘肽和植物螯合肽合成相关的酶;第二代测序技术、基因差异表达分析则是鉴定Cd响应基因以及揭示金属型植物与非耐性植物表型差异分子基础的有效方法;电子克隆也被应用在模式植物中鉴定重金属转运蛋白家族的编码基因。在此基础上,简述了Cd耐性/富集基因在改良植物Cd耐性或富集上的应用。     

重金属污染对土壤微生物生态特征的影响研究进展

土壤中微生物对重金属胁迫的敏感程度大于动物和植物,因此,可以利用土壤微生物生态特征的变化来预测土壤环境质量的变化,将其作为评估土壤污染状况的重要指标。论文归纳了重金属污染对土壤微生物的影响及作用机制的研究现状,主要从微生物生物量、微生物群落结构/功能和多样性、微生物耐性基因/蛋白质和代谢能力、土壤呼吸强度和酶活性等几个方面进行了评述。研究表明,重金属污染对土壤微生物生态特征的影响结果存在差异,有促进作用、抑制作用或无明显影响。这是由于土壤微生物体系比较复杂、重金属种类和浓度以及土壤理化性质的差异引起的。近年来,分子生物学的快速发展,使重金属污染胁迫与土壤微生物生态特征变化的关系的研究不断取得新的进展,尤其是在对微生物群落的功能基因、蛋白质及相关代谢途径的影响方面。然而,由于重金属污染与土壤微生物之间关系十分复杂,对其影响因素进行综合并定量化分析是明确重金属对土壤微生物生态特性的影响及相关机理的关键。另外,还需加强分子生物学新技术的应用,明确微生物种群对重金属胁迫的响应机制。重点开展重金属剂量及暴露时间对土壤微生物生态特征的影响研究,并在此基础上确定重金属对土壤微生物的毒害浓度临界值,针对不同的土壤类型和重金属种类建立相应的微生物评价指标体系,以期为评估土壤的重金属污染状况和治理修复提供理论依据。     

胁迫生境深色有隔内生真菌生态分布与功能研究进展

深色有隔内生真菌(dark septate endophytes,DSE)是一类定殖于植物根内的小型真菌,广泛存在各种生境中,其在胁迫生境中的生态分布、生态功能与作用机理是近年来的研究热点.对DSE的生态分布、胁迫生境DSE的生态功能和DSE真菌增强植物抗逆性的作用机理等方面进行综述.研究进展表明,从平原低地到热带、温带、冻原及南北极地区,野生植物根部普遍定殖着DSE真菌,尤其在干旱、高温、寒冷、盐害、重金属污染和养分贫瘠等胁迫生境中,DSE真菌的分布更为普遍.环境胁迫条件下,植物根部共生DSE真菌能够改善植物矿质营养和光合生理、调节植物内源激素平衡、增强植物抗氧化生理,从而促进宿主植物生长、增强植物抗逆能力,以及改变植物对重金属的吸收累积,在植物耐受和适应胁迫环境中起着重要的调节作用.但这些研究主要从生态现象进行了研究,目前对DSE增强宿主植物抗逆性的作用机理仍很缺乏、不够系统深入.未来应建立DSE真菌种质资源库,加强DSE真菌的应用技术研究;结合现代生物技术和方法,系统深入研究DSE真菌提高植物抗逆性的生理和分子机制,为利用DSE真菌增强植物适应环境胁迫提供理论依据.(表1参92)     

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。     

植物铜耐性机理的研究进展

主要从植物根细胞壁积累固定、细胞膜对铜的吸收控制、金属配体的螯合作用、铜在系统液泡的分隔机制及胁迫蛋白的合成5个方面,分别阐述植物对铜分子的耐性机制的研究进展,全面了解了铜在植物中的亚细胞分布、铜在植物根系到地上部分运输过程的转运机制以及植物在铜胁迫下的抗性反应等。并在此基础上提出了存在的问题以及今后研究的重点。     

重金属污染土壤的微生物响应

土壤微生物在受到重金属污染胁迫后，往往能够在区系组成、生理生化、遗传等方面对重金属作出响应。微生物对土壤重金属污染的上述响应可用来评价土壤的重金属污染状况，并为土壤污染的生物修复提供理论指导。文章对近年来有关重金属胁迫下土壤微生物响应的研究成果作系统综述。     

丛枝菌根提高滨海盐碱地植物耐盐性的作用机制及其生态效应

滨海盐碱土成陆和复垦年代短,具有土壤含盐高、养分低和矿化度高等特点,增加了植物的定植难度,不利于盐碱地复垦和生态修复。丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)广泛存在于土壤生态系统中,自然界中90%以上的植物根系都能够与丛枝菌根形成菌根共生体,AMF能提高宿主植物的抗逆性(抗旱、抗盐、抗重金属和耐酸性等)和适应进化,AMF分泌的球囊霉素相关蛋白(Glomalin-related soil protein,GRSP)及其菌丝体促进土壤改良和培肥、保持土壤健康和可持续生产力等方面发挥着重要作用。文章综述了高盐碱胁迫对AMF-宿主植物共生关系的影响,明确AMF的孢子萌发与生长、菌丝体对高盐碱胁迫的响应;重点揭示AMF提高宿主植物对矿质养分和土壤水分的吸收、改善根际盐碱土矿质元素有效性、调控宿主植物生理生化特性、调节宿主植物抗氧化酶的活性和激素参与下的分子调控等方面作用机制,详细诠释AMF提高宿主植物的抗盐性机理;结合滨海盐碱地面临的重要生态问题,解析AMF在盐碱地治理中促进植物生长、提高土壤微生物活性、改善土壤肥力和结构等方面的应用进展和潜力,并结合AMF在盐碱地治理研究中存在的问题以及研究方向进行展望。AMF提高了滨海植物的耐盐性,促进了植物的生长和改善了土壤的微生态环境,AMF不能纯培养的特性限制了其在滨海盐碱地中大面积推广。基于此,今后在AMF菌种筛选、宿主植物的选择和菌种规模生产方面还需持续探索,从而为滨海盐碱地微生物复垦和生态修复提供技术支持。     

铜、锌对3种常见乔木抗氧化指标的复合影响

为了解不同浓度铜（Cu）、锌（Zn）重金属污染土壤对乔木抗氧化指标的影响以及为植物修复蠡河重金属污染岸带提供理论依据,选取广玉兰（Magnoliagrandiflora）、香樟（Cinnamomumcamphora）、榉树（Zelkovaschneideriana）幼苗,采用土培法浇灌重金属溶液模拟土壤污染环境,研究不同浓度重金属Cu／Zn对乔木脯氨酸含量、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性及丙二醛含量的单一及复合影响。实验表明,单一Cu胁迫对广玉兰、香樟和榉树的毒害作用较单一,Zn胁迫严重;Cu／Zn复合作用下,3种乔木抗氧化指标均在Cu15和Zn110时达到最大值,表现出较强的抗性,而后随着复合作用强度增加,重金属对其毒害作用增大;75μg／gCu和210μg／gZn单一及复合胁迫时,广玉兰丙二醛含量相对香樟和榉树较接近对照值,过氧化物酶和过氧化氢酶活性较大,脯氨酸含量差别不大。综合分析,不同乔木在不同浓度重金属胁迫下抗氧化指标作出不同响应,广玉兰对高浓度Cu／Zn胁迫不敏感,承受能力和抗性较强,适合于修复Cu／Zn污染较严重土壤。     

四种抗污染木本植物对锑的生理响应及积累特征研究

以臭椿（Ailanthus altissima）、构树（Broussonetia papyrifera）、大叶黄杨（Buxus megistophylla）和紫穗槐（Amorpha fruticosa）4种抗污染木本植物苗木为材料,在盆栽条件下设置0、250、500、1000和2000 mg·kg^-1 5个锑的质量分数梯度,分析胁迫过程中苗木苗高、地径、生物量、耐性指数、相对叶绿素含量、POD活性和SOD活性等指标的变化,探讨这4种苗木对锑胁迫的生理响应,并通过测定苗木地上、地下部分锑的质量分数,明确这几种植物对锑的积累特征,以期为锑污染植物修复材料筛选提供理论基础。结果表明：在不同质量分数锑胁迫下,4种木本植物的苗高、地茎、生物量及耐性指数出现不同程度的下降,其中大叶黄杨在不同质量分数锑处理下的耐性指数均大于90%,表现出对锑较强的抗性。除大叶黄杨外,在中、中高质量分数（500、1000 mg·kg^-1）锑处理后,其他3种木本植物叶片叶绿素含量较对照均显著下降。而在高质量分数锑胁迫下,4种木本植物的叶绿素含量与对照相比均显著下降,表明锑能通过影响植物的光合作用来降低这4种木本植物的生物量合成。在中高质量分数锑胁迫下,4种植物根系的POD和SOD活性均呈现不同程度的增加;在高质量分数锑胁迫下,臭椿、构树和紫穗槐的POD及SOD活性增加幅度减少或受到抑制,表明抗氧化酶系统在植物抵抗锑胁迫过程中发挥重要作用,同时高质量分数的锑胁迫又能降低抗氧化酶系统清除活性氧的能力。在不同质量分数的锑胁迫下,4种木本植物地上、地下部分锑的质量分数存在差异,分别为构树＞紫穗槐＞臭椿＞大叶黄杨,紫穗槐＞构树＞臭椿＞大叶黄杨,表明大叶黄杨可能通过对锑较强的排斥能力,减少锑对叶绿素合成、POD和SOD活性的抑制作用,近而增强了其对锑胁迫的抗性。固氮植物紫穗槐根系最大锑?     

丛枝菌根对土壤-植物系统中重金属迁移转化的影响

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)是一类在自然和农业生态系统中广泛存在并能与多数陆生植物形成共生关系的土壤真菌,在重金属污染土壤中对宿主植物的生长及吸收累积重金属具有重要影响,因而对污染土壤的生物修复具有潜在应用价值。以重金属从根际土壤进入植物并在植物体内再分配过程为主线,介绍丛枝菌根在这一过程中对重金属环境行为,特别是根际土壤中重金属赋存形态及植物吸收重金属的影响。最后,对丛枝菌根影响植物重金属耐性机制研究前沿和菌根修复技术的应用前景进行展望。     

铜胁迫对3种草本植物生长和重金属积累的影响

采用盆栽试验,研究了不同浓度Cu胁迫对3种草本植物弯叶画眉草、象草和苏丹草生物量、根系耐性指数、Cu积累量、富集系数、转运系数的影响。结果表明,弯叶画眉草和象草生长随着Cu胁迫浓度的升高呈现"上升-下降"趋势,胁迫浓度低于100 mg·kg~(-1)时促进生长;苏丹草生长随着Cu胁迫浓度的增加而下降;弯叶画眉草、象草和苏丹草的Cu耐性指数分别是130.63、149.15和75.81。3种植物对重金属Cu均以根系积累为主,积累量随着Cu处理浓度的增加显著升高;对Cu的吸收和富集能力为象草苏丹草弯叶画眉草,Cu从根系转运到地上部的能力为弯叶画眉草象草苏丹草,转运系数均小于1。可见,象草耐性较强,可用于Cu污染土壤植物修复;弯叶画眉草转运能力较强,可用于Cu污染土壤生物净化。