镉胁迫水稻及利用生活表面活性剂进行修复

镉对植物引起的氧化胁迫是Cd毒害的重要原因之一.综述了Cd诱导水稻氧化胁迫效应的机理以及如何利用生物表面活性剂进行修复.     

菲-Cd单一与联合作用对毛蚶的氧化胁迫及损伤

采用静态染毒实验研究了菲和Cd2+单一作用与联合作用下胁迫9 d和清洁海水恢复过程中毛蚶体内超氧化歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活力和丙二醛(MDA)含量的变化。结果表明,在本实验的染毒条件下,毛蚶体内SOD和CAT活力呈现被诱导的趋势,MDA含量水平低于对照组。高浓度(菲50g/L,Cd 500g/L)比低浓度(菲10g/L,Cd 100g/L)的作用明显。菲对毛蚶的氧化胁迫作用大于Cd2+的作用,菲和Cd2+联合作用对毛蚶的氧化胁迫大于菲和Cd2+的单独作用。这两种污染物对毛蚶的氧化胁迫在消除污染后可以逐渐恢复,其中,Cd2+低浓度组(100g/L)在进行清水恢复后,SOD和CAT活力与对照组无显著性差异,说明毛蚶具有较好的抗氧化胁迫性和自我恢复能力。     

镉铅复合胁迫下根表铁锰氧化胶膜厚度对美洲商陆富集镉的影响

为了探讨根表铁锰氧化胶膜厚度及共存离子铅(Pb)对美洲商陆富集镉(Cd)影响,采用水培的方法,诱导培育了胶膜厚度具有极显著差异的美洲商陆(低膜美洲商陆、中膜美洲商陆和高膜美洲商陆),分别进行低Cd低Pb、低Cd高Pb、高Cd低Pb、高Cd高Pb等4种不同金属组合的胁迫处理,观察美洲商陆生长状况、测定植株对Cd的富集量、抗胁迫生理活性物质的表达量.结果表明:中膜和高膜美洲商陆侧根发达,新生根较多,高Cd胁迫对根系发育有较强的抑制作用.高Cd条件下,植株对Cd的富集量为高膜美洲商陆中膜美洲商陆低膜美洲商陆,高膜美洲商陆Cd总富集量可达89765.69 mg·kg-1(以干重计).低Cd条件下,植株对Cd的富集量为低膜美洲商陆高膜美洲商陆中膜美洲商陆.高Pb处理,可提高低膜和高膜美洲商陆Cd富集量,但显著降低中膜美洲商陆Cd富集量.根系分泌的可溶性还原糖含量、叶及根部合成的可溶性蛋白含量与根表铁锰氧化胶膜的厚度成正相关.中膜和高膜美洲商陆叶片及根部可溶性蛋白含量还受到不同金属组合胁迫的影响.镉铅复合胁迫使美洲商陆叶片及根部可溶性蛋白含量极显著高于对照组.     

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.     

低浓度Cd暴露对金鱼藻营养元素吸收与植物络合素(PCs)合成的影响

采用溶液培养方式,研究了水环境低浓度Cd(0.01～0.64 μmol/L)不同暴露时间段下,金鱼藻(Ceratophyllum demersum)体内营养元素的吸收状况和植物络合素(PCs)的响应规律.结果表明,Cd促进了微量营养元素Cu、Zn的吸收,抑制了Mn的吸收,对Fe的吸收无明显影响.金鱼藻对Cd表现出明显的吸收和积累效应,0.08　μmol/L Cd胁迫对金鱼藻生长产生了抑制作用.Cd暴露期间各处理组PCs诱导量与Cd处理浓度存在显著的响应关系,处理前期(7　d)当Cd浓度≥0.02　μmol/L时,表现为显著的诱导效应(p<0.05).随着暴露时间的延长,PCs诱导量有下降趋势,但仍明显高于对照.各不同处理时间段下PCs诱导量与Cd处理浓度存在良好的剂量效应关系.胁迫7 d时呈线性关系,胁迫14 d和21 d均表现为抛物线型.回归分析显示金鱼藻体内PCs的合成水平与Cd的生物毒性存在极显著的正相关关系.表明PCs可作为Cd胁迫的一项敏感的生化指标(biochemical indicator)用来评价和预测实际水环境中Cd的污染.     

植物一氧化氮响应镉胁迫作用机制的研究进展

镉是一种毒性高、迁移性大的重金属元素,是动植物体内的非必需元素。当含有镉的废水排入河流、土壤,会给植物带来毒害效应。为了尽量减少镉毒性的影响,植物已经进化出一系列的解毒机制。一氧化氮是植物体内重要的气体信号分子,参与植物对镉胁迫的应答反应。本文综述了植物一氧化氮的产生途径、镉胁迫下植物内源一氧化氮含量的变化以及适宜外源一氧化氮对镉胁迫下植物的保护作用。     

蒌蒿(Artemisia selengensis)对土壤中镉的胁迫反应及修复潜力研究

以洞庭湖湿地新发现的Cd高富集植物——蒌蒿(Artemisia selengensis)为试验材料,采用盆栽方式,系统研究了蒌蒿在生长期内对Cd的性状反应及富集特征.结果表明,大于40mg.kg-1的Cd胁迫对蒌蒿叶片伤害明显,且导致生物量下降,但植株在100mg.kg-1胁迫下可完成生活史,对Cd有较强的耐受能力;土壤中有效态Cd的含量仅占土壤全Cd含量的15.3%～37.1%;相同胁迫浓度下,各生长阶段的植株体内Cd含量差别不大,但由于生物量的原因,幼苗期对Cd的提取量显著小于其他时期,其中40～60mg.kg-1的Cd处理可使蒌蒿地上部分Cd含量达492～588mg.kg-1(成株期),且植株对该浓度范围的Cd污染去除效果最好;蒌蒿可作为对湿地土壤Cd污染较理想的修复植物加以研究和利用.     

镉胁迫对2种酸性土壤地肤生长及其修复镉能力的影响

针对南方农田酸性土壤重金属镉(Cd)污染突出的问题,分别以初始镉(Cd)(1.253, 1.553, 2.153, 2.753, 4.253, 10.253mg/kg)胁迫及pH值6.10(T处理组)、pH值5.00(TS处理组)下的样土为盆栽土壤,选取地肤为修复植物,通过温室盆栽控制实验研究Cd污染土壤中地肤的耐性以及初始土壤p H值和Cd浓度对地肤提取土壤中Cd能力的影响.结果表明,所有处理组成熟期地肤茎生物量均高于地下根系生物量;T处理组地肤的根际土、非根际土有效态Cd含量均高于TS处理组;所有处理组地肤的茎部Cd含量均高于根系(即根茎转移系数大于1),且根系和茎部的富集系数均大于1.通过对地肤种植前后土壤镉含量进行对比分析结果显示,T和TS处理组每盆地肤对Cd的去除率分别为0.84%～1.85%、0.94%～2.38%,说明地肤对酸性土镉污染具有更好的修复效果.在T处理组,当土壤Cd浓度为2.753mg/kg时,地肤对土壤Cd的去除率达到最高,为(0.62±0.16)%;在TS处理组,则是土壤Cd浓度为1.253mg/kg时的去除效果最佳,为(0.79±0.07)%.综合表明地...     

商陆耐重金属Cd关键酶抗氧化酶的研究

研究商陆(Phytolacca americana L.)对Cd胁迫的抗氧化酶响应,对于揭示其耐Cd机制具有重要意义.商陆幼苗在200μmol/L或400 μmol/L CdCl2营养液中处理4 d,叶片活性氧自由基和MDA含量升高,膜透性增加,光合速率降低,表明Cd胁迫诱导产生氧化胁迫.随着Cd处理含量的提高和时间的...     

满江红花青素在镉胁迫下的抗氧化作用

为了研究镉胁迫诱导满江红体内花青素合成的生理功能,采用镉诱导和体外实验的方法评价了满江红体内花青素的抗氧化作用.测试指标包括还原力、清除超氧阴离子(O-2)、过氧化氢(H2O2)、羟自由基(·OH)的能力.结果表明,花青素的还原力和对氧自由基的清除作用随花青素提取物浓度的增加而增加.因此,镉胁迫下合成的花青素是一种清除活性氧自由基的良好抗氧化剂.镉胁迫对满江红活性氧代谢影响的试验结果表明,在0.5mg·L-1Cd胁迫下,满江红体内O-2和H2O2大量积累,造成活性氧胁迫,说明花青素只能在一定程度上保护满江红免受过氧化伤害.本实验初步证实,花青素含量的增加是满江红抗性机理之一,可缓解镉的毒害.     

Oxidative stress and DNA damages induced by cadmium accumulation

Experimental evidence shows that cadmium （Cd） could induce oxidative stress and then causes DNA damage in animal cells, however, whether such effect exists in plants is still unclear. In the present study, Vicia faba plants was exposed to 5 and 10 mg/L Cd for 4 d to investigate the distribution of Cd in plant, the metal effects on the cell lipids, antioxidative enzymes and DNA damages in leaves. Cd induced an increase in Cd concentrations in plants. An enhanced level of lipid peroxidation in leaves and an enhanced concentration of H2O2 in root tissues suggested that Cd caused oxidative stress in Vicia faba. Compared with control, Cd-induced enhancement in superoxide dismutase activity was significant at 5 mg/L than at 10 mg/kg in leaves, by contrast, catalase and peroxidaseactivities were significantly suppressed by Cd addition. DNA damage was detected by neutral/neutral, alkaline/neutral and alkaline/alkaline Comet assay. Increased levels of DNA damages induced by Cd occurred with reference to oxidative stress in leaves, therefore, oxidative stress induced by Cd accumulation in plants contributed to DNA damages and was possibly an important mechanism of Cd-phytotoxicity in Vicia faba plants.     

两种不同镉富集能力油菜品种耐性机制

利用水培试验研究了不同浓度镉(cadmium,Cd)胁迫条件下(0、2和5 mg·L~(-1))两种Cd富集能力油菜品种[秦油1号(QY-1)和三月黄(SYH)]生长状况与Cd富集特征的差异,并从Cd亚细胞区隔化和抗氧化酶活性等角度探索了两种油菜Cd富集能力的差异机制,并通过田间试验进行验证.结果表明,水培条件下,这两种油菜在Cd胁迫下生长均未受到明显的抑制.在低浓度Cd(2 mg·L~(-1))处理下,两种油菜地上部Cd含量无显著差异,在高浓度Cd(5 mg·L~(-1))胁迫下SYH的地上部和根部Cd含量均显著高于QY-1,分别提高32. 05%和99. 57%,同时其根部生物富集系数(BCF)也较QY-1显著提高.对两种油菜叶片中Cd亚细胞区隔化研究结果表明,随着Cd处理浓度的增加,QY-1和SYH叶片中Cd在热稳定蛋白和镉富集颗粒组分的分布分别提高了143. 69%、118. 91%和63. 34%、118. 91%,由此可见将Cd区隔在热稳定蛋白和镉富集颗粒体等重金属解毒组分是油菜在亚细胞水平上的重要解毒机制.同时,高浓度Cd胁迫下SYH叶中Cd在细胞碎屑组分的含量达QY-1的4. 41倍,可知Cd在细胞碎屑组分中的分布是导致两种油菜Cd富集能力差异的重要机制.结合对两种油菜抗氧化酶活性研究结果,发现抗氧化酶系统可能是QY-1应对高浓度Cd胁迫的重要解毒机制,而SYH则更多地通过将Cd区隔在金属低活性的亚细胞组分来减轻其毒性.田间试验结果验证表明,SYH地上部和地下部Cd含量均显著高于QY-1,分别是QY-1的2. 34和1. 43倍.综上所述,SYH具有更高的Cd提取量和富集能力,具有应用于中轻度Cd污染农田修复的潜力.     

P对小麦Cd和As吸收与转运的影响

为了探究磷（P）对小麦幼苗镉（Cd）和砷（As）吸收转运生理机制的影响,通过水培试验,以百农207为供试材料,研究了Cd和As胁迫条件下,外源供P和缺P处理对小麦幼苗生长、根系形态、光合参数、抗氧化系统、离子含量和根茎转移系数的影响.结果表明,与缺P处理相比,外源P供应显著增加As胁迫下小麦幼苗叶绿素的含量,促进根系的生长发育,提高了生物量,而对Cd胁迫下小麦幼苗的生长影响不显著.外源P供应时显著增加了Cd胁迫条件下根系的P和Cd含量,降低了地上部的P和Cd含量;同时显著提高了As胁迫条件下地上部的P和As含量以及As向地上部的转移系数.因此,供P与否对小麦幼苗Cd和As毒害的影响表现出明显的差异性;As胁迫时,外源供P提高了As向地上部的转运能力以及根系的CAT活性,降低了As对小麦的毒害,从而促进了小麦幼苗生物量的累积;而在Cd胁迫条件下,P与Cd之间表现出一定的协同效应,外源供P在一定程度上加重了Cd对小麦的毒害效应.     

Cd胁迫对大豆各发育阶段生长及生理指标的影响

采用土壤盆栽试验方法,研究了不同浓度Cd胁迫下,大豆幼苗期、花荚期和成熟期植株的生长及叶片叶绿素含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性和丙二醛(MDA)含量的变化.结果表明,大豆植株的生长在3个生长期均表现为低浓度Cd(￡0.50mg/kg)下的刺激效应和高浓度Cd(31.00mg/kg)下的抑制效应;随着Cd胁迫浓度的累积,大豆生长整体上受到抑制.在幼苗期,大豆植株的叶绿素含量下降、SOD活性受到抑制、POD活性迅速激活,共同缓解Cd毒性;在花荚期,大豆植株的防御系统得到有效激发,保护性酶POD、SOD的活性急剧升高,叶绿素含量呈上升趋势;在成熟期,因为长时间的Cd毒害,尤其是Cd浓度较高的情况下,大豆植株的SOD、POD活性和叶绿素含量急剧下降.在Cd胁迫下,大豆植株的生长发育以及生理生化指标在大豆的3个生长期的变化模式差异显著,且大豆植株的生物量和株高与SOD活性在整个生长期均表现出显著的相关性.     

重金属Zn和Cd对翅碱蓬生长及抗氧化酶系统的影响

通过测定翅碱蓬生长和生理指标,研究了不同含量Zn和Cd对翅碱蓬的发芽率、苗高、苗重、体内超氧阴离子自由基(O-2)、过氧化氢(H2O2)的产生及对抗氧化酶(超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT、过氧化物酶POD)活性的影响,以探讨盐生植物翅碱蓬对重金属胁迫的反应.结果表明,两种重金属均不同程度地加快了超氧阴离子自由基的产生速率;翅碱蓬对Zn胁迫的耐受阈值为100 mg·kg-1,Zn含量低于100 mg·kg-1时,发芽率和苗高、苗重保持良好;含量高于100 mg·kg-1实验组,翅碱蓬生长及体内酶活性机制受到不同程度抑制,SOD 、POD反应迅速,CAT相对缓慢.翅碱蓬对Cd污染抵御能力差,含量高于0.4 mg·kg-l即可造成严重伤害,阻碍翅碱蓬生长,降低抗氧化酶活性.Zn和Cd共同作用(200 mg·kg-1 +0.2 mg·kg-1)时,表现为协同作用,发芽率仅为对照组的50.5％、苗重仅为49.2％,实验50 d后,SOD、CAT均失活,影响极显著.     

Effects of nitrogen dioxide and its acid mist on reactive oxygen species production and antioxidant enzyme activity in Arabidopsis plants

Nitrogen dioxide (NO₂) is one of the most common and harmful air pollutants. To analyze the response of plants to NO₂ stress, we investigated the morphological change, reactive oxygen species (ROS) production and antioxidant enzyme activity in Arabidopsis thaliana (Col-0) exposed to 1.7, 4, 8.5, and 18.8 mg/m³ NO₂. The results indicate that NO₂ exposure affected plant growth and chlorophyll (Chl) content, and increased oxygen free radical (O₂⁻) production rate in Arabidopsis shoots. Furthermore, NO₂ elevated the levels of lipid peroxidation and protein oxidation, accompanied by the induction of antioxidant enzyme activities and change of ascorbate (AsA) and glutathione (GSH) contents. Following this, we mimicked nitric acid mist under experimental conditions, and confirmed the antioxidant mechanism of the plant to the stress. Our results imply that NO₂ and its acid mist caused pollution risk to plant systems. During the process, increased ROS acted as a signal to induce a defense response, and antioxidant status played an important role in plant protection against NO₂/nitric acid mist-caused oxidative damage.     

叶面喷施纳米MnO2对水稻富集镉的影响机制

镉（Cd）容易被水稻富集,从而造成稻米中Cd含量超标,严重威胁人类健康.锰（Mn）是植物必需元素,为了探究叶面喷施纳米MnO₂对水稻富集Cd的影响机制,本研究在酸性Cd污染土壤上进行田间小区试验,在水稻抽穗早期叶面喷施0.1%、0.3%和0.5%的纳米MnO₂溶液.结果表明与对照组相比,叶面喷施不同浓度的纳米MnO₂可以有效降低水稻叶、壳和糙米中的Cd含量,增加所有部位的Mn含量,但对水稻的产量影响不大.叶面喷施纳米MnO₂后,提高了叶片光合作用效果,抑制了叶片脂质过氧化,增加了氧化应激酶的含量,从而缓解Cd对水稻的胁迫.此外,叶面喷施纳米MnO₂增加了水稻根表铁锰胶膜的含量,强化了铁锰胶膜对Cd的吸附/共沉淀作用,从而限制水稻根系吸收Cd.因此,在水稻抽穗早期叶面喷施纳米MnO₂是一种增加糙米中Mn含量和减少Cd含量的有效措施.     

生物炭和锌对土壤镉赋存形态及小麦镉积累的影响

为探讨生物炭单独施用及其联合锌施用对镉污染土壤安全利用的可行性,采用污灌区镉污染土壤种植小麦盆栽试验,结合小麦生长参数、抗氧化酶活性、相关基因表达,研究单独施用0、1.0%、1.5%和2.0%小麦秸秆生物炭以及与锌混施(在上述4个处理组土壤中施加30 mg/kg七水合硫酸锌)对镉胁迫下土壤镉形态特征和小麦镉积累特征的影响. 结果表明:①施用生物炭可促使土壤可交换态、碳酸盐结合态向稳定性强的有机结合态和残渣态转化,且随着生物炭施用量的增加,转化比例显著增加,但锌施用对土壤镉形态没有显著影响. ②土壤施加1%~2%生物炭能够显著降低小麦籽粒镉含量29%~57%,且施用2%生物炭可将籽粒镉含量降至0.1 mg/kg以下,土壤同时施用生物炭和锌可在单施生物炭基础上降低籽粒镉含量21%~39%,具有协同效应. ③施用生物炭和锌均可促进植物生长,提高小麦产量,并通过调节小麦丙二醛(MDA)和抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性提升小麦根系细胞抗氧化能力,以及调节镉转运基因(TaNramp5、TaLCT1、TaHMA3和TaHMA2)的表达,降低小麦根系从土壤吸收镉以及向地上部分转运,从而减少小麦对镉的吸收和积累. 研究显示,向土壤添加生物炭和锌对污灌区小麦的安全生产具有参考和指导意义.