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。     

不同浓度Cd~(2+)对鲤鱼基因组DNA的影响

鲤鱼(建鲤品种)幼鱼暴露于4个浓度组(0.005、0.05、0.5、5mg/L)的镉离子(Cd~(2+))2d,期间各组的个体均无死亡.用10个RAPD引物对处理后鲤鱼基因组进行扩增,亦未发现有明显的差异扩增条带.但在用甲基化敏感扩增多态性方法研究暴露后鲤鱼肌肉组织的基因组DNA甲基化的变化时发现,5mg/L的Cd~(2+)在d2会使鲤鱼基因组DNA中CCGG区域甲基化发生明显的变化.该组个体1mol后出现大量死亡.另外,0.05mg/L和0.5mg/L Cd~(2+)组个体基因组DNA中CCGG区域甲基化比例2d内略有下降,甲基化位点没有太大改变.说明鲤鱼幼鱼基因组CCGG区域的胞嘧啶甲基化比例在不同浓度Cd~(2+)处理中都比较稳定.低浓度Cd~(2+)条件下鲤鱼主要通过甲基化区域的微调减少Cd~(2+)的生理毒性.高浓度Cd~(2+)处理下,利于基因组DNA甲基化区域发生相当的变化,可能导致一些沉默基因的异常表达.图2表2参31     

镉胁迫下蚯蚓金属硫蛋白氧化修饰的研究(Oxidative Modification of Metallothionein in Earthworm under Cd Stress)

金属硫蛋白(MT)是生物体内的一类富含巯基(—SH)的蛋白,在细胞氧化还原调控和重金属解毒等方面具有重要作用.MT的—SH可以络合重金属,同时对氧化作用很敏感,重金属胁迫产生的活性氧物质(ROS)可以将其氧化成二硫键(S—S).为揭示镉(Cd)对蚯蚓MT的—SH含量及其氧化修饰的影响,将蚯蚓放入Cd浓度为0、100、300mg·kg-1的黄棕壤中胁迫21天,通过SBD-F标记和高效液相色谱(HPLC)结合的方法测定MT中—SH和S—S的含量.结果显示,随着Cd浓度的增加,蚯蚓体内的—SH和S—S含量均逐渐增加,但S—S所占比例降低.这说明Cd诱导了蚯蚓体内MT合成,并且诱导量随着Cd胁迫的增强而增加,但—SH的氧化修饰程度有所下降.     

镉对花生苗期的毒害效应及其品种间差异

重金属在籽粒中的积累与植物对镉的生物学耐性和吸收特性有一定的内在联系。本研究通过比较不同花生（Arachis hypogaea L.）品种对镉胁迫的生物学耐性,旨在为进一步揭示花生籽粒镉积累的种内差异形成机制提供实验参数。在人工气候箱控制环境下的含镉的营养液砂培试验中,花生苗期对镉胁迫的反应具有显著的品种间遗传差异。基于植株生物量变化,可将花生的镉胁迫反应分为3种类型,即镉钝感型,品种有平度01、花育23和莱农13;敏感型,品种有中花4号、花育20、丰花3号、莱农29、豫花15和祁阳小籽;普通型,品种有湘农3010-w、湘农312、湘农55、丰花2号和湘农小果w2-7等。钝感型品种在5个加Cd水平下的茎叶干物量比对照平均降低22.8%,全株生物量平均降低11.7%;敏感型品种茎叶干物量平均降低38.0%,全株生物量降低29.2%;普通型品种茎叶干物量平均降低33.2%,全株生物量降低25.1%。随着Cd质量浓度提高和暴露时间延长,花生叶片的叶绿素质量分数显著降低,叶片和根系丙二醛质量分数及细胞膜透性显著提高,与钝感型品种相比,敏感型品种的上述生理指标变化速率较高,而且随着镉暴露时间延长,两者之间的差异性持续扩大。     

干旱区绿洲土壤中重金属的形态分布及生物有效性研究

测定了Cd、Pb、Zn和Ni等重金属在不同处理土壤中的全量和各赋存形态,以及它们在盆栽试验油菜（Brassica cole）中的质量分数,并利用Pearson相关系数分析了该区土壤-油菜体系的生物有效性。结果表明,供试绿洲土壤原状土中,Cd、Pb、Zn和Ni均以稳定的残渣态形式存在;而在处理土壤中,重金属被钝化的量有限,Cd的存在形式主要以碳酸盐态为主,Pb、Zn和Ni则主要以铁锰氧化态为主。根据相关性分析,油菜根部和叶部的Ni质量分数均与土壤中Ni的各非残渣态分布系数有相关性,表明当土壤中Ni以非残渣态存在时,活动性Ni的质量分数较高,其被生物吸收利用的可能性也较大;油菜根部的Zn质量分数与土壤中Zn的碳酸盐结合态分布系数显著的正相关性;油菜各部位Cd和Pb的质量分数与土壤中Cd和Pb的各形态分布系数之间无显著相关关系。     

污灌与镉胁迫对菠菜几种抗氧化酶活性的影响（Effects of Sewage Irrigation and Cadmium Stresses on the Activities of Several Antioxidant Enzymes of Spinach）

为了探讨污水灌溉与镉胁迫对菠菜抗氧化酶活性的影响,采用盆栽试验的方法,分别用清水和生活污水配制不同浓度(0、1、5、10、50mg·L-1)的Cd2+溶液,对菠菜进行受试处理,每5d灌喷1次,共处理5次.分别采用邻苯二酚比色法、L-苯丙氨酸比色法、水杨酸比色法和高锰酸钾滴定法,对菠菜叶片多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、β-1,3葡聚糖酶(β-1,3glucanase)和过氧化氢酶(CAT)活性进行了测定.结果表明:1)清水处理系列:随着镉处理浓度的增大,与清水对照相比,PPO、PAL活性呈先升高后降低的趋势,CAT活性略有升高,β-1,3葡聚糖酶活性略有降低,各暴露组与清水对照组相比,均呈现显著差异(p<0.05).2)污水处理系列:随着镉处理浓度的增大,与污水对照相比,PPO、PAL活性呈先升高后降低的趋势,CAT和β-1,3葡聚糖酶活性呈逐渐降低趋势;各暴露组与污水对照相比,均呈现显著差异(p<0.05).3)相同Cd2+浓度下,与清水处理相比,各浓度污水处理PAL和PPO活性均明显降低(p<0.05);而β-1,3葡聚糖酶明显升高(p<0.05).以上结果显示:单一镉污染和生活污水与镉复合污染对菠菜不同抗氧化系统酶具有不同影响,这可能与污水中各成分与镉的相互作用有关.     

镉对籽粒苋耐性生理及营养元素吸收积累的影响

初步阐明了镉对籽粒苋耐性生理及营养元素吸收积累的影响,为进一步揭示籽粒苋的镉耐性与镉富集机理奠定了基础。通过对生物量的监测,对叶绿素、蛋白质、游离氨基酸、大量元素及微量元素等的含量的测定,阐明镉胁迫对籽粒苋生长生理、抗胁迫耐性、营养元素吸收分配的影响。研究结果显示,镉胁迫对籽粒苋的生长抑制作用不明显,植株生物量随着镉浓度的提高而轻微降低。随着镉处理浓度的提高,叶绿素含量下降幅度显著;蛋白质和游离氨基酸含量变化幅度不明显;钾含量无大幅变化;镉、磷、钙、镁、锌、铁、锰、铜含量变化幅度较显著。镉、钾、磷、锰的迁移系数随着镉处理浓度的提高无显著变化;钙的迁移系数呈上升趋势;镁、锌、铁、铜的迁移系数均呈下降趋势。这些结果表明：镉胁迫降低籽粒苋叶绿素含量,抑制植株光合作用,继而抑制了植株的生长,但其程度不明显;镉胁迫条件启动活性氧防御机制;引起植株体内部分养分代谢紊乱。结论：低浓度镉处理条件下,籽粒苋受镉离子影响,抗氧化能力下降。在高浓度镉处理条件下,籽粒苋调节了营养元素的吸收和分配,启动了一系列活性氧防御机制,提高了抗胁迫能力。     

镉胁迫对吊兰生长与土壤酶活性的影响

选用观赏植物吊兰进行盆栽试验,研究了吊兰对Cd的耐性、高浓度Cd胁迫对土壤酶活性以及土壤有效态Cd含量的影响.结果表明,随着Cd浓度的不断提高,脲酶活性显著下降.过氧化氢酶和蔗糖酶活性在Cd浓度为10 mg.kg-1的时候均达到了顶峰,而土壤磷酸酶活性则在Cd浓度为50 mg.kg-1的时候最大.4种土壤酶对重金属的敏感顺序为:脲酶>磷酸酶>蔗糖酶>过氧化氢酶.吊兰对Cd具有很强的耐性,在1500 mg.kg-1Cd胁迫浓度范围内,吊兰对Cd的耐性指数均大于50%.土壤有效态Cd与土壤Cd添加量和土壤酶活性呈显著相关性,可将土壤有效态Cd含量和土壤酶活性这两类指标作为镉污染土壤的评价指标.     

1,10-菲啰啉-全氟辛烷磺酸(PFOS)体系共振光散射法测定痕量镉(Ⅱ)

在pH 6.8 Britton-Robinson(BR)缓冲介质中,镉(Ⅱ)与1,10-菲啰啉(Phen)作用后与全氟辛烷磺酸(PFOS)形成离子缔合物,使体系的共振光散射信号显著增强.最大散射峰位于307.0 nm处,其增强散射信号强度与镉(Ⅱ)的浓度在6.0—342.5 ng·mL-1范围内呈线性关系,据此建立了测定镉(Ⅱ)含量的共振光散射分析方法,检出限(3!)为0.6 ng·mL-1,研究了反应产物的RLS光谱特征,适宜的反应条件和影响因素,考察了共存物质的影响.该方法用于自来水和实验室废水样中镉(Ⅱ)的测定,RSD≤4.4%.