植物去除空气污染物的机理研究进展

介绍了植物去除空气污染物的研究现状及机理,主要包括:通过叶表面的气孔和表皮吸收、吸附;植物体内代谢或者分泌酶催化氧化还原进入体内的污染物;通过植物联合根系微生物降解由于干湿沉降进入土壤或者水体中的污染物等.提出了在植物空气去除机理研究中存在的问题,以及未来需要研究的方向.     

植物细胞吸收镉的机理及镉对植物气孔发育的影响

镉(Cd)是对动植物有严重危害的一种重金属,但关于它如何进入细胞以及它对植物发育影响的研究很少。通过观察Cd暴露下的3种植物——凤仙花、牵牛花、紫茉莉的生长状况,用台盼蓝染根细胞核和通过叶表皮造模技术观察气孔变化,初步研究了Cd进入细胞的可能途径,提出了Cd进入植物体内的细胞模型,并观察了Cd对气孔发育的影响。结果表明:Cd环境暴露下,用台盼蓝染色凤仙花的根可使其根毛细胞核染色,而对照不被染色。根据三种植物在Cd暴露条件下的生长状况和植株死亡时的表现,提出了Cd进入细胞的模型:Cd首先与细胞膜上的蛋白质结合,使细胞膜上形成可以允许Cd~(2+)或其他离子进出细胞的孔,Cd通过扩散进入细胞;与膜蛋白结合的Cd为可逆结合,依据Cd浓度形成平衡。Cd影响气孔的开闭和发育。当Cd浓度变化时,气孔闭合率也发生变化。在叶子的发育中,如果有Cd的存在,气孔的发育偏离原有的进程,牵牛花叶子的副卫细胞消失,同时气孔数量减少。对Cd敏感的凤仙花的气孔密度严重减少,紫茉莉和牵牛花气孔则少量减少。同时叶表皮细胞壁的弯曲形状也发生较大变化,表皮细胞也明显变小。     

叶片理化指标与绿化植物净化大气能力的相关性分析

植物叶片背面有大量的微小气孔,植物通过这些气孔进行呼吸,因此可以净化大气中的污染物.通过对浦东新区种植的香樟、广玉兰、夹竹桃、石楠等4种常见的绿化植物叶片采样,测定其理化指标、含硫量和含氮量.分析后得出以下结论(1)在4种研究的绿化植物中,叶片含硫量和含氮量较高的是广玉兰和香樟香樟吸收SO2、NOx的能力最强;广玉兰抗酸性气体侵害的能力最强.(2)植物叶片细胞液的pH值,对酸的缓冲能力与叶片中硫和氮的含量有着显著的相关性,是植物吸收、净化大气中含硫化合物和含氮化合物的主要控制因素.植物叶片中pH值越高.酸缓冲能力越强.越有利于吸收大气中的酸性气体(如SO2、NOx等).     

低分子有机酸强化植物修复重金属污染土壤的作用与机制

植物修复是利用植物的物理、化学作用去除污染土壤中重金属的技术方法,可以减少二次污染物的产生,具有经济可行性.低分子有机酸（LMWOAs）具有生物降解性和环境友好性,在重金属污染土壤植物修复中具有较强的应用潜力.综述了LMWOAs在植物修复中的作用机制,主要包括：①调控根茎叶发育,增加植物生物量,强化植物富集效果;②增强光合作用,提升植物抗性,提高对重金属的耐受能力;③改变根际土壤性质,提高根际微生物活性,促进对重金属的吸收;④改变重金属形态,减轻重金属毒性,提高转运效率.最后阐述了LMWOAs强化植物修复重金属污染土壤的优缺点及应用,提出了LMWOAs在重金属污染土壤植物修复中的研究方向,这对LMWOAs在未来植物修复中的研究和应用具有科学意义.     

二氧化硫诱导蚕豆气孔保卫细胞死亡效应研究

采用蚕豆叶面气孔保卫细胞,研究SO2衍生物(Na2SO3与NaHSO3混合液,3:1,mmol·L-1)对细胞的致死效应.结果表明,在浓度1～4mmol·L-1内,SO2衍生物暴露3h可使表皮保卫细胞活性降低,部分细胞死亡,并致胞内活性氧和Ca2+水平升高;随着处理浓度的提高细胞死亡率增高.一定浓度的抗坏血酸(AsA)或过氧化氢酶(CAT)与SO2衍生物共同作用时,胞内活性氧水平降低,细胞死亡率下降.Ca2+螯合剂乙二醇双四乙酸(EGTA)或Ca2+通道抑制剂LaCl3与SO2衍生物共同作用时,胞内钙水平与细胞死亡率降低.LaCl3能降低H2O2诱导的细胞死亡率.研究结果表明,SO2致蚕豆保卫细胞死亡与胞内活性氧水平增高有关,活性氧能激活质膜Ca2+通道,使胞外Ca2+内流,造成胞内Ca2+浓度升高,介导细胞死亡;胁迫组气孔保卫细胞活性降低或死亡,将导致气孔运动失调.     

植物超富集砷机制研究的最新进展

砷污染是全球环境热点问题之一,土壤砷污染治理是一个急需解决的难题.随着不同砷超富集植物的发现,植物修复技术因其投资和维护成本低、不易造成二次污染等优点而成为国际学术界研究的热点和前沿领域.深入理解超富集植物体内砷代谢和富集机制是有效利用植物修复技术来治理砷污染土壤的关键.近年来,植物超富集砷机制的研究取得了很大进展.已有的研究结果证明,蜈蚣草(P.vittata)对砷的吸收和转运能力显著高于非超富集植物,转运到地上部的砷主要储存在羽叶细胞的液胞中;蜈蚣草具有很强的抗氧化胁迫能力和五价砷(As(Ⅴ))还原能力;菌根共生有利于蜈蚣草的生长和砷的富集.有关植物超富集砷机制的分子生物学研究也取得了可喜的进展.砷酸盐还原酶基因(PvACR2)和植络素合成酶基因(PvPCS1)都被克隆并表征,cTPI同源基因(PV4-8)也被证明具有将As(Ⅴ)还原成三价砷(As(Ⅲ))的功能.尽管植物超富集砷机制的研究取得了迅速进展,但至今学术界仍没有全面理解为什么这些蕨类植物具有超富集砷的功能,相关功能基因、酶和转运蛋白的研究有待进一步深入.     

人工释放转基因植物对群落结构以及环境的影响

转基因植物指的是利用DNA重组技术克隆基因导入植物细胞或组织,从而使植物表现出新的性状。基因交流的范围会无限的扩大,可从病毒、细胞、植物等导入植物,因此我们顾虑：人工转基因转人植物,会不会释放到环境中后产生严重的环境污染。鉴于此,本文做出了人工释放转基因植物对群落结构影响的分析。     

NO参与铝诱导蚕豆保卫细胞死亡的调控

铝(Al)是地壳中含量最丰富的金属元素,是酸性土壤中导致植物生长抑制和作物产量下降的一个主要因素,但铝毒性作用机制尚不清楚.本文以蚕豆叶表皮为材料,研究铝胁迫对气孔保卫细胞活性的影响,探讨NO在铝诱导细胞死亡中的作用.结果表明,一定浓度的A1Cl3可诱导气孔保卫细胞活性降低,部分细胞死亡,且随着铝浓度的增高细胞死亡率增高.死细胞呈现核固缩、核崩解、凋亡小体等典型凋亡特征,且凋亡抑制剂Z-Asp-CH2-DCB能阻止AlCl3诱发的细胞死亡.用NO清除剂c-PTIO、NO合酶抑制剂L-NAME或硝酸还原酶抑制剂NaN3降低铝处理组胞内NO后,细胞死亡率显著降低,胞内ROS、Ca2+水平同期降低;NaN3还能降低铝处理组中具有程序性死亡特征的细胞比率.用ROS清除剂AsA清除铝处理组胞内ROS后,细胞死亡率显著降低,胞内Ca2+和NO水平亦显著降低;铝处理液中加入Ca2+通道抑制剂LaCl3后,细胞死亡率低于铝单独处理组,胞内ROS和NO水平无明显改变.研究结果表明,铝胁迫引起的胞内NO合成增加通过Ca2+信号途径介导了保卫细胞的程序性死亡.     

SO2诱导的萱草保卫细胞凋亡及其信号调节

SO2是一种常见的大气污染物,急性和慢性暴露都会对植物造成伤害.因此,本文以景观绿化植物萱草叶片下表皮为材料,研究了SO2对气孔保卫细胞的致死效应及其可能的信号调节途径.结果表明,利用SO2体内衍生物-亚硫酸钠和亚硫酸氢钠混合液处理萱草表皮3 h后,随着处理浓度(1.0~5.0 mmol·L-1)的增加,萱草保卫细胞生理活性下降,甚至死亡;浓度超过2.0 mmol·L-1时,细胞死亡率显著增高(p0.05),死细胞出现核固缩、核拉长、核碎片等典型凋亡特征,保卫细胞内的活性氧种(ROS)、一氧化氮(NO)和Ca2+水平显著升高.采用不同浓度的抗氧化剂过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸(AsA),Ca2+螯合剂乙二醇双四乙酸(EGTA)和Ca2+通道抑制剂氯化镧(LaCl3)及NO清除剂羧基-2苯-4,4,5,5-四甲基咪唑-1-氧-3氧化物(C-PTIO)和合成抑制剂叠氮钠(NaN3)处理后,均可使SO2衍生物诱发的细胞死亡率降低,以200 U·mL-1CAT、0.05 mmol·L-1的AsA、EGTA、LaCl3及0.20 mmol·L-1的C-PTIO、NaN3的效果最佳,同时胞内ROS、NO和Ca2+水平下降.以上结果表明,一定浓度的SO2可诱导萱草保卫细胞死亡,可能通过诱导ROS和NO爆发,激活细胞质膜钙通道,进而引起胞内Ca2+增加,通过ROS-NO-Ca2+信号途径介导细胞死亡.SO2诱导的萱草细胞死亡可能存在细胞凋亡过程.     

镉对植物光合作用的影响

本文从光合作用色素、光合组织、光合作用过程、光合速率等方面概述了近些年来 Cd对植物光合作用影响的研究进展 ,并结合我们的研究进行了讨论。     

植物对纳米颗粒的吸收、转运及毒性效应

随着工程纳米颗粒的广泛使用,这些纳米材料不可避免地进入环境,对环境造成未知影响.植物是高等生物暴露于纳米颗粒的一条主要途径,工程纳米颗粒可能通过食物链使其在高营养水平生物中积累.植物与纳米颗粒间的相互作用应该受到关注和重视.已有的文献表明纳米颗粒能被植物选择性地吸收并引起植物毒性,但纳米颗粒进入植物体内的机制仍不明确.多数关于植物吸收纳米颗粒的研究是在理想条件如水培实验下开展,并且集中在植物的种子发芽或是幼苗生长阶段.描述纳米颗粒在植物体内的生物转化和在植物体内分配的报道较少,而且这方面的机制没有阐述清楚.目前有许多研究者关注纳米颗粒的植物毒性效应,但这方面的研究需要进一步深入.     

生物炭添加对湿地植物生长及氧化应激响应的影响

在传统潜流人工湿地中,因氧气扩散过低,导致DO长期处于较低水平.当湿地植物长期处于缺氧甚至厌氧环境时,可造成膜脂质过氧化及蛋白质和DNA损伤.由于生物炭投加至人工湿地利于空气扩散进入湿地床体,改善湿地内部环境,为此,本试验在温室内构建5组潜流人工湿地,研究生物炭对湿地植物菖蒲(Acorus calamus L.,AC)的影响特征和机制.结果表明,生物炭能够显著增加湿地中AC体内光合色素含量,光合作用被激励,利于植物体内可溶性蛋白(SP)的积累和植物生物量的增加,同时生物炭能加强谷氨酰胺合酶(GS)的活力,增强植物体内氨氮(NH_4~+-N)的代谢,进而增强AC的比吸收速率,利于AC吸收去除NH_4~+-N.AC是一类对缺氧条件具有显著抵抗能力的湿地植物,但湿地长期缺氧或厌氧能对AC体内造成膜脂被氧化的不良影响,但生物炭添加能够缓解AC体内超氧化物和过氧化物的积累,显著降低AC体内丙二醛(MDA)的含量.     

植物基因工程修复土壤重金属污染研究进展

土壤重金属污染植物修复技术应用广泛,但超富集植物的寻找耗时费力,现存超富集植物通常生长缓慢、生物量低、地域限制较大,导致植物修复效果不能达到预期.基因工程在植物修复中的应用,为提高植物修复土壤重金属污染的效率提供了新的思路.通过综述基因工程强化植物修复土壤重金属污染的研究进展,着重关注植物修复关于重金属转运、储存、解毒过程的调控过程,主要包括:①控制植物体内重金属由胞外运移至胞内的关键基因,主要有锌铁调控蛋白、黄色条纹样蛋白、天然抗性相关巨噬细胞蛋白,作为载体参与重金属在植物体内的不同组织的转运.②改变重金属在细胞内储存位置、提高植物耐受能力的关键基因,主要调控ATP结合盒转运器、阳离子扩散促进器和P_1B型ATPases,通过增强植物对重金属的区隔化能力来实现储存功能.③降低重金属对植物毒害作用的关键基因,主要调控植物体内植物络合素、金属硫蛋白的大量合成,并络合重金属形成螯合物.根据植物基因对重金属超耐性和超富集的作用机制,建议后续研究可利用基因工程向目标植物导入相关功能基因,使其在目标植物中高效表达,并在实际环境中进行植物生长测试应答机制,最终更好地调控植物体内重金属含量平衡关系,以克服超富集植物与环境适配性差的缺陷.      

砷、汞对植物毒性影响及其迁移富集效应探讨

介绍了自然环境中砷、汞的污染来源与污染现状,探讨了砷、汞对植物生长发育、光合作用和抗氧化能力的影响;为了缓解砷、汞对植物的毒害作用,可以添加新一代植物激素、营养元素和改良剂。分析发现,植物对不同浓度砷和汞的敏感程度并不相同,可利用特定植物的富集作用进行环境修复。当前研究主要集中于植物对砷、汞的吸收和转运生理机制,今后还需要加强对超积累植物分子基础的探索。     

CO2倍增对几种植物的生态生理影响

本研究结果表明：木本植物辽东栎、臭椿、丁香叶片气孔对ＣＯ２倍增反应不第三,表现出气孔阻抗不增大,蒸腾速率无明显变化,光合速率比对照增加１０％－２０％或无增加,水分利用效率可提高１０％－１００％不等,叶面积略有增加或接近对照。可以认为ＣＯ２倍增上述植物有不同程度的促进作用,草本植物水稻、大豆、谷子、稗草叶片气孔对ＣＯ２倍增反应敏感,尤其是Ｃ３植物的水稻、大豆、表现为气孔阻抗增大,腾速率减少,光合速率     

SO2诱导的萱草保卫细胞气孔运动及其信号调节

气孔运动调节对植物抵御环境胁迫具有十分重要的作用,然而,其在SO2对景观植物毒作用过程中的响应及可能的信号机制目前还不清楚.因此,本文以萱草叶片下表皮为材料,研究了SO2诱导的萱草保卫细胞气孔运动及其信号调节.结果表明,50~400μmol·L-1SO2衍生物(Na2SO3∶Na HSO3=3∶1)处理萱草叶表皮后,保卫细胞气孔开度随处理浓度增大而逐渐减小,Ca2+、NO和ROS含量逐渐增加(p0.05),且处理浓度大于250μmol·L-1时,各指标与对照差异极显著(p0.01);经缓冲液洗脱处理后,50~250μmol·L-1SO2衍生物处理组气孔开度恢复显著(p0.01).用250μmol·L-1SO2衍生物分别与抗氧化剂抗坏血酸(As A:0.05、0.1、0.5 mmol·L-1)和过氧化氢酶(CAT:100、200、300 U·m L-1),Ca2+螯合剂EGTA(0.05、0.1、0.5 mmol·L-1)和Ca2+通道抑制剂La Cl3(0.05、0.1、0.5 mmol·L-1),以及硝酸还原酶抑制剂Na N3(0.05、0.1、0.2 mmol·L-1)、NO清除剂C-PTIO(0.05、0.2、0.5 mmol·L-1)和NO合成酶抑制剂L-NAME(0.01、0.02、0.03 mmol·L-1)共同作用后,与SO2衍生物单独处理组相比,气孔关闭程度显著减小,保卫细胞中Ca2+、NO和ROS含量显著降低.用抗氧化剂As A、NO干扰剂L-NAME和SO2处理后,ROS、Ca2+和NO水平均显著降低,而用钙离子干扰剂EGTA和SO2处理后,只有Ca2+水平显著降低,而ROS、NO水平变化不显著.以上结果表明,NO、ROS和Ca2+参与了气孔运动的调节,且Ca2+在NO、ROS下游发挥作用.     

施加生物炭对植物营养元素的迁移转化和植物有效性的影响研究

土壤中营养元素的含量和迁移转化影响植物的生长状态,充分利用土壤中营养元素对保障粮食安全、控制面源污染具有重要意义.生物炭施入土壤,将直接或间接影响土壤中营养元素的迁移转化和植物有效性.评述了生物炭对土壤理化性质、植物营养元素迁移转化和植物有效性的影响,对国内外研究状况进行阐述和总结,旨在丰富生物炭促进植物营养元素的吸收理论,为生物炭的农业应用提供参考依据.     

重金属污染土壤的植物修复研究现状

植物修复是利用植物吸收、降解、挥发、根滤、稳定等作用机理,达到去除土壤、水体中污染物,或使污染物固定以减轻其危害性,或使污染物转化为毒性较低化学形态的现场治理技术。植物修复对于重金属污染土壤的治理修复具有重要意义。已有研究在累积与超累积植物的寻找筛选、植物对重金属等有害物的耐毒和解毒机理、植物修复现场环境调控及根际处理技术等方面取得了大量成果。     

根细胞壁及其组分差异对植物吸附、转运Zn的影响

采用水培实验,研究了不同植物根细胞壁组分差异对Zn吸收、转运的影响及其机制.结果表明,在50mg/LZn处理下,不同植物对Zn的吸收、转运系数顺序为:小白菜≈芥菜≈生菜>青椒>西红柿>水稻,而在20mg/L Zn处理下,生菜茎叶中Zn的转运系数则大于芥菜,这可能与低浓度条件下Zn对生菜产生的低剂量刺激效应有关;利用植物活体根细胞解吸法对不同植物活体根系细胞壁中的Zn含量测定结果表明,不同植物的根细胞壁在去除了果胶成分后,根细胞壁中Zn的含量显著增加,其中水稻根细胞壁增加最大,达到53.7%,增加最小的是青椒(21.1%),而去除半纤维素后则显著降低了不同植物根细胞壁中Zn的含量,尤其是水稻根细胞壁最明显;吸附动力学实验表明,不同处理后的细胞壁对Zn的吸附是个快速反应过程,在吸附30min内所有处理均达到最大吸附量的91%以上,去除果胶显著增加不同细胞壁对Zn的吸附量,而进一步去除半纤维素后,不同细胞壁对Zn的最大吸附量显著下降.以上结果表明,半纤维素含量的增加明显提高了不同植物根束缚Zn的能力而降低向地上部的运输.     

一氧化氮合酶途径参与SO_2胁迫下蚕豆气孔运动调节

以蚕豆为材料,研究一氧化氮合酶(NOS)途径在SO2诱发气孔运动中的作用.研究发现:浓度7.5~200μmol·L-1的SO2衍生物处理后,蚕豆叶面气孔开度减小,气孔开度与SO2衍生物浓度呈负相关;SO2衍生物处理组叶组织中NOS活性增强;加入NO清除剂c-PTIO或NOS抑制剂L-NAME可抑制SO2衍生物诱发的气孔关闭;SO2衍生物处理组保卫细胞内NO和Ca2+水平升高,用c-PTIO降低胞内NO水平后Ca2+水平随之下降.结果表明,SO2衍生物胁迫可诱发保卫细胞内NO合成增加,NO通过调节胞内Ca2+水平升高,激活下游信号转导途径,调节气孔运动;NOS途径介导的NO合成参与了SO2胁迫下蚕豆气孔运动的调节.