二氧化硫暴露对谷子幼苗气孔运动、脯氨酸代谢和抗氧化酶系统的影响

二氧化硫(SO_2)是一种有毒的大气污染物,主要经气孔进入植物体内.目前对于SO_2毒性的研究多集中在氧化损伤方面,关于SO_2对植物脯氨酸代谢的影响及相关分子机制的研究还很少.本文以谷子幼苗为材料,研究了不同浓度SO_2气体暴露对叶片气孔运动、脯氨酸代谢和抗氧化酶系统的影响.结果显示,10 mg·m~(-3) SO_2熏气对谷子幼苗的叶片形态、相对含水量、气孔开度、脯氨酸含量及抗氧化酶活性均无明显影响.30 mg·m~(-3) SO_2暴露24～72 h后,叶片出现明显的受损症状,相对含水量降低,叶面气孔开度减小;30 mg·m~(-3) SO_2熏气导致叶中脯氨酸含量显著增加,脯氨酸脱氢酶(PDH)活性明显升高.同时,长时间的SO_2胁迫可诱导SiPDH基因表达上调,而脯氨酸合成相关基因SiP5CS、SiP5CR表达受到明显抑制.此外,谷子幼苗暴露于30 mg·m~(-3) SO_2时,叶中超氧阴离子(O■)产生速率与对照相比显著提高,诱导超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性增强,从而将过氧化氢(H_2O_2)含量维持在正常水平.以上结果表明,SO_2对谷子的毒性效应具有浓度依赖性.高浓度SO_2暴露下,谷子能够通过控制气孔开放、调节脯氨酸代谢和抗氧化酶活性等过程来适应SO_2胁迫.     

硝酸还原酶介导的NO合成参与SO2引发的拟南芥气孔运动的调节

以拟南芥为材料,研究了硝酸还原酶(NR)途径在植物适应SO2胁迫中的作用.结果表明:SO2胁迫可诱导4周龄拟南芥植株叶片NR活性增强、一氧化氮(NO)水平提高,NR活性和NO水平与SO2暴露时间呈正相关.NR抑制剂叠氮化钠(NaN3)可缓解SO2诱发的NO水平升高.RT-PCR检测发现,SO2熏气72 h时拟南芥NR途径关键基因Nia1、Nia2和NiR1均转录上调.研究还发现,SO2可诱发拟南芥野生型、突变体nia2、nia1nia2的气孔关闭,NaN3和NO清除剂c-PTIO可阻止SO2诱发的野生型和nia2气孔关闭,说明通过NR途径合成的NO参与了SO2胁迫诱发的拟南芥气孔运动调节.研究结果表明,NR活性的增强介导了SO2胁迫期间拟南芥叶片NO水平的升高,后者参与胁迫期间拟南芥气孔运动的调控,以增强拟南芥植株对SO2胁迫的适应性.     

H_2O_2诱导拟南芥NIT2基因甲基化特征与转录水平改变

用外源H2O2处理拟南芥植株,亚硫酸氢盐修饰后测序法分析胁迫生理中NIT2基因启动子区甲基化特征变化,RT-PCR检测该基因的转录水平.结果显示:用100#mol·L-1的H2O2处理3 h后,NIT2启动子区胞嘧啶总甲基化水平与对照差异不大,但对照组CHG(H为C、A或T)和CG位点甲基化水平分别为35.0%和93.3%,H2O2处理组CHG和CG位点甲基化水平分别为50.0%和96.9%;H2O2处理组CHH位点则表现为甲基化水平升高、降低或去甲基化;H2O2胁迫组拟南芥地上组织中NIT2基因转录水平提高.研究结果表明:NIT2基因的转录应答和DNA甲基化修饰参与了植株的逆境生理过程;氧化胁迫与DNA甲基化改变、基因转录上调同时发生,说明胁迫诱发的活性氧增高可能参与胞嘧啶甲基化修饰和基因转录的调节.     

模拟酸雨及Al3+共同作用对蚕豆根尖细胞的遗传损伤

以蚕豆为材料,研究了模拟酸雨及酸雨与铝共同作用的细胞遗传学效应.结果表明,根尖细胞有丝分裂指数随Al3 浓度的升高和环境酸度的增强而下降;处理组细胞中出现了多种染色体异常,如染色体粘连、滞后及断裂等.模拟酸雨及其与低浓度Al3 (3mg/L)共同作用时可诱发蚕豆根尖细胞微核,其中pH4.5组微核率高于pH3.5组.模拟酸雨与高浓度的Al3 (10～180mg/L)复合处理可引起根尖细胞固缩,固缩率随Al3 浓度增加和pH降低而增高.研究结果表明,pH4.5和pH3.5的模拟酸雨和Al3 对蚕豆根尖细胞具有遗传损伤作用,其效应与Al3 浓度和环境酸度有关.     

NaCl对大麦的毒性试验

土壤盐渍化是全球农业面临的严重问题,大多数作物在盐渍条件下生长受到抑制［１］,但作物在盐渍环境中生长发育的机理尚未搞清．ＳＣＥ（ｓｉｓｔｅｒｃｈｒｏｍａｔｉｄｅｘｃｈａｎｇｅ）是检测环境有害物质对动植物细胞ＤＮＡ损伤的灵敏指标［２～４］,我们在实验中...     

氰化钾对蚕豆和洋葱根尖细胞的遗传损伤效应

采用蚕豆和洋葱根尖细胞微核检测技术,研究氰化钾(3mg/L、10 mg/L、30 mg/L、100 mg/L和300mg/L)的遗传毒性效应.结果表明,3-300 mg/L的氰化钾(KCN)处理12 h可诱发蚕豆和洋葱根尖中微核细胞数目显著增高,最高增幅分别为330.49%和244.92%:可使分裂指数明显下降,最高降幅分别为31.01%和33.44%;根尖微核细胞数与处理浓度呈正相关.分裂指数与处理浓度呈负相关.研究表明,氰化钾具有遗传毒性作用.能引起DNA分子断裂.与蚕豆相比,洋葱对氰化钾具有更高的敏感性,因此可通过洋葱微核试验有效监测环境中的氰化钾污染.     

饮水型砷暴露对小鼠多系统脏器的毒性作用

为揭示饮水型砷暴露对机体的毒性,系统研究了砷摄入对实验动物基础生理和多系统脏器的毒性损伤作用.选雄性ICR小鼠为受试动物,以自由饮用含砷10 mg·L^-1的水溶液进行染毒,连续染毒60 d后检测发现,饮水砷暴露对小鼠一般体征和体重无显著影响,肝脏脏器系数显著降低,心脏、肺脏、肾脏和睾丸脏器系数降低,但无统计学意义.砷染毒组血清谷丙转氨酶（ALT）和谷草转氨酶（AST）活性显著升高,总胆固醇（TC）和甘油三酯（TG）含量显著升高,高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）含量显著降低,低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）含量显著升高;肝脏、小肠、心脏、肺脏、肾脏和睾丸组织中还原型谷胱甘肽（GSH）含量和超氧化物歧化酶（T-SOD）活性显著降低,过氧化氢（H₂O₂）和丙二醛（MDA）含量显著升高,并出现程度不同的组织形态结构损伤.研究结果表明,饮水砷暴露可诱发实验小鼠肝脏功能异常、生理代谢紊乱,导致消化系统、循环系统、呼吸系统、泌尿系统与生殖系统等多系统脏器组织的氧化损伤和结构病变,砷暴露对机体的毒性作用存在组织器官差异性,对肝脏的损伤较严重.     

亚硒酸盐对蚕豆根尖细胞的遗传损伤效应

采用蚕豆根尖微核实验和姊妹染色单体交换实验，研究亚硒酸盐的遗传损伤效应．结果表明：0．1～50．0μg／g的亚硒酸氢钠(NaHSeO3)处理12h可诱发蚕豆根尖细胞遗传损伤，导致根尖细胞有丝分裂指数下降，间期具有微核的细胞数显著增多，姐妹染色单体交换(SCE)频率明显增高；且根尖微核细胞率与处理浓度间具有正相关，分裂指数与处理浓度间呈负线性相关，分裂指数与微核率之间表现负相关．研究结果提示：硒能破坏生物的遗传稳定性，职业接触或饮食补硒时应避免其毒害作用．图1表4参17     

NR途径参与调节SO2胁迫下拟南芥含硫抗氧化物水平

以拟南芥为材料,研究了硝酸还原酶(NR)途径在植株响应SO_2过程中对含硫抗氧化物水平的影响.结果发现,野生型拟南芥植株中谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)和谷胱甘肽硫转移酶(GST)活性高于NR缺失突变体(nia1nia2);SO_2暴露后,野生型和突变体nia1nia2植株中半胱氨酸(Cys)和谷胱甘肽(GSH)含量显著增加,GPX和GST的活性诱导性增高,且野生型植株中上述4项指标的增幅高于突变体;拟南芥逆境响应基因GSTU24和GPX7在野生型和突变体nia1nia2中差异表达,且对SO_2的响应程度不同.研究表明,植株体内NR途径与拟南芥细胞中含硫抗氧化物水平有关,NR缺失影响逆境应答中含硫抗氧化物水平的提高及抗逆基因转录,说明NR途径参与调节了植株逆境响应中含硫抗氧化物的合成及相关氧化还原反应与解毒过程.     

活性氧和钙信号参与铅对酵母细胞的毒性作用

以模式生物酵母菌为材料,研究铅对细胞的毒性效应,探讨胞内活性氧(ROS)和Ca~(2+)在铅诱导细胞死亡中的作用。结果显示,浓度为5~100 mg·L~(-1)的硝酸铅可降低酵母细胞活性,诱导酵母细胞死亡,随着铅浓度的提高和作用时间的延长,细胞死亡率增高。在铅处理组酵母细胞中,ROS和Ca~(2+)水平显著升高,线粒体膜电位明显下降;用1 mmol·L~(-1)的外源抗坏血酸(AsA)能降低铅引发的酵母细胞死亡,0.5 mmol·L~(-1)的钙离子螯合剂乙二醇双四乙酸(EGTA)或0.1 mmol·L~(-1)的质膜Ca~(2+)通道特异性抑制剂氯化镧(LaCl_3)亦可明显抑制铅引起的酵母细胞死亡。研究结果表明,铅诱发的酵母细胞死亡与处理组胞内ROS和Ca~(2+)升高有关,高浓度的Ca~(2+)可能通过诱导线粒体膜通透性转变孔道开放,或者高水平ROS可能损伤线粒体膜,致线粒体膜电位下降,继而激活相关下游信号导致细胞死亡。