脂质组学在环境领域中的应用

脂质是生物体内重要的组成物质之一,具有多种重要的生物学功能。脂质组学作为代谢组学的一个重要分支,主要通过研究生物体内脂质化合物及脂质代谢谱的变化,进而鉴定生物标志物,分析相关代谢通路,阐明生物体响应外界刺激的机制。随着分析技术的不断进步,尤其是色谱和质谱技术的引入,极大地推动了脂质组学研究的发展,并扩展了其应用范围。本文介绍了脂质组学的研究方法及其在环境领域中的应用前景,重点讨论了脂质组学及多组学联用技术在环境胁迫耐受性及环境污染物毒性评价中的应用。     

美国湖泊调查评价技术及对我国湖泊生态环境管理的启示

自2006年起,美国环保署(EPA)在美国本土开展了两次湖泊生态状况调查和评估,从营养状态、生物健康和休闲娱乐的关键指标开展评估,旨在摸清美国湖泊生态环境现状和影响湖泊生态健康的关键胁迫因子。EPA逐步形成了涵盖水文、水质、水生生物等多重指标在内的湖泊调查评估体系,该体系已成为美国湖泊环境管理系统的重要组成部分,为湖泊环境保护和水生态系统恢复提供了有力支持。本文从清单建立、重点调查湖泊清单筛选、采样布点、监测指标、评估方法等方面系统研究总结美国湖泊调查评估的关键技术方法体系,以期为我国湖泊生态环境保护和环境管理工作提供借鉴。     

狼蛛优势种群的12S rRNA对长期农药胁迫的分子响应

应用12SrRNA基因序列分析探讨了狼蛛优势种群对长期农药胁迫的分子响应机制.研究显示:(1)拟水狼蛛Piratasubpiraticus和拟环纹豹蛛Pardosapseudoannulata在长期农药胁迫下的12SrRNA基因第三结构域序列均发生了明显改变,即碱基组成由315bp和300bp分别减少为301bp和299bp,转换/颠换为17/5和11/10,核苷酸变异百分数达到0.095和0.083,同源性仅分别为85.8%和91.7%;(2)分子水平上表明拟水狼蛛较拟环纹豹蛛对农药的胁迫更为敏感;(3)供试两种狼蛛标本的基因组DNA的4个碱基对中以A和T的变异频率最高,属农药敏感型碱基对;(4)长期农药胁迫下供试两种狼蛛标本的12SrRNA基因片段的共同突变位点规律显示:192～228片段是其农药胁迫的敏感区.图2表3参9     

拟南芥VTE1过量表达可以增加维生素E含量和提高烟草植株耐盐性

维生素E在动物细胞内具有抗氧化等重要作用,但在植物体内的功能却鲜为人知.本实验利用CaMV35S启动子与来源于拟南芥的编码生育酚环化酶(TC)的cDNA(VTE1)构建的嵌合表达载体,以根癌农杆菌介导的叶盘法转化烟草W38.实验结果表明,具有卡那霉素抗性的再生植株经RT-PCR检测,得到了与阳性对照一致的495bp的目标片段;转基因植株的VE含量比对照植株高2倍左右,个别株系高达11倍.实验还发现,在耐盐性实验中转基因植株对盐的抗性明显高于野生型烟草;同时,在不同盐浓度(150、250mmol/L)胁迫下转基因植株VE含量比未转化植株增加了1.3~1.8倍,首次证明VTE1与植物耐盐性之间的关系.图7参30     

基于土地利用与景观格局的生态保护红线生态系统健康评价方法——以南京市为例

生态保护红线是生态功能极其重要或生态环境极为敏感/脆弱的区域,是生态保护的核心区域。以南京市生态保护红线为研究对象,基于2000年、2005年、2010年和2015年四期土地利用/覆被和遥感影像等数据资料,对生态保护红线的生态系统健康进行了评价。结果显示:(1)2015年南京市生态保护红线内不同类型土地利用面积由大到小依次为:林地、耕地、水域、人工表面、湿地和草地,其中林地面积最大并逐年增长,耕地面积逐年减少;(2)2000—2015年南京市生态保护红线生态系统健康指数平均值为53.83,生态保护红线的生态系统健康指数处于亚健康水平,并呈现缓慢增长的趋势;(3)陆域生态系统,特别是森林植被覆盖度较大的区域,生态系统健康指数较高,相反,水域生态系统的生态系统健康指数相对较低。     

铝对大豆根系柠檬酸合成与分泌的影响

铝诱导有机酸分泌是作物解铝毒的一种重要机制,然而铝如何诱导有机酸分泌的机理并不清楚.以不同铝耐性大豆(Glpcine max)(BX10和BD2)为材料,研究了铝对柠檬酸合成与分泌的影响.结果发现,在0.5 mmol·L-1CaCl2溶液中,铝处理明显抑制大豆根系伸长,BX10比BD2具有较大的主根伸长率.铝处理明显诱导大豆根系分泌柠檬酸,BX10的柠檬酸分泌量比BD2高出32.3%～64%.铝处理降低根系内源柠檬酸含量,但不影响柠檬酸合酶活性,BX10比BD2具有较高的柠檬酸合酶活性,表明铝诱导的柠檬酸合成与其分泌关系密切.另外,在pH4.5的完全营养液中进行铝、磷间隔处理发现,供磷明显增加大豆铝吸收,而且BX10比BD2具有较大生物量与铝吸收,这表明,磷对铝的吸收具有重要作用,大豆磷效率可能影响其铝耐性.     

不同温度对沉水植物保护酶活性的影响

富营养化导致了湖泊沉水植被消亡,是我国众多湖泊存在的普遍现象.在富营养化未能有效控制的前提下,采用人工措施重建沉水植被,已被水环境工作者普遍关注.然而,受水体温度、透明度、营养盐以及适宜的物种等限制,沉水植被的有效重建面临诸多困难.本研究着眼于温度对沉水植被重建的影响,设置了5、10、15、25、30、35℃6个温度处理,在人工气候箱培养条件下,对黑藻Hydrilla verticillata和马来眼子菜Potamogeton malaianus在5 h、10h、14h和7d处理后的蛋白质含量、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性进行了测试.同时考察了实验前后植物生物量积累的情况,比较了不同温度胁迫下,两种植物生物量的净积累与抗氧化酶活性和可溶性蛋白含量的关系,试图为沉水植被的恢复提供理论依据和经验借鉴.结果表明,25℃是两种植物生物量净积累的最佳温度,此温度下,各种酶活性和可溶性蛋白未随处理时间的延长而显著变化.高于或低于25℃的处理,生物量净积累显著下降.并且,表现为短期胁迫5～14h内,各种酶活性和可溶性蛋白随处理时间的延长呈上升或下降的趋势,7 d长期胁迫后上述指标均低于25℃处理.结果表明,25℃外,其它处理均不同程度受到了温度的胁迫.短期胁迫,各处理的酶活性和可溶性蛋白表现了激烈的响应,以清除和维持植物体内活性氧的平衡和植物细胞较低的渗透势,保持植物正常的代谢活动.随着胁迫时间的延续,抗氧化酶系统受损,可溶性蛋白降低,植物正常的代谢紊乱,最终导致实验结束时,各处理植物生物量的积累存在较大差异.     

低磷诱导水稻化感抑草能力增强的分子生理特性

以化感水稻PI312777和非化感水稻Lemont为供体,以无芒稗(Echinochloa crusgalli L.)为受体,采用水培的方法研究低磷(P,0.5 mg L-1)胁迫下稻/稗共培体系中水稻化感抑草作用的分子生理机制.结果表明,低磷条件下,化感水稻PI312777抑草效应增强,对稗草的保护酶活性及其它生理生化指标呈明显的抑制作用.进一步分析发现,低磷条件下,化感水稻PI312777根和叶组织中苯丙氨酸解氨酶活性及总酚含量上升,且明显高于非化感水稻Lemont.对水稻根系分泌物中酚类物质的HPLC分析结果表明,低磷条件下,从化感水稻PI312777根系分泌物中检出的酚酸类物质总量是正常磷素条件下的2.89倍,而非化感水稻Lemont中的则是正常磷素条件下的1.17倍.两个水稻品种根部和叶部酚酸代谢途径关键酶基因的差异表达分析结果表明,化感水稻PI312777酚酸代谢途径的4个关键酶基因均上调表达,而非化感水稻Lemont中只有苯丙氨酸解氨酶基因上调,其余均下调.可见,低磷条件下,化感水稻PI312777化感抑草能力增强与其酚酸代谢途径关键酶基因增强表达,代谢途径旺盛,进而导致酚酸类物质含量增加有关.     

砷胁迫对不同麦种根长、株高、生物量的试验性研究

采用室内水培方法,通过测定根长、株高、生物量等基本形态指标研究砷胁迫下3个大麦品种(大麦08BD-2,大麦二号,大麦三号)对砷的的耐性和吸收迁移特征。结果表明,随着砷浓度的升高,大麦的根长、株高、生物量呈下降趋势,与砷浓度成负相关,其中株高与砷浓度的相关系数分别为:-0.9108、-0.9557、-0.9984,生物量与砷浓度的相关系数分别为:-0.8952、-0.9424、-0.9776。可见3个品种中大麦08BD-2对砷的耐性较好。     

镉对浮萍叶绿素荧光参数的影响

以浮萍(Lemnaminor L.)为实验材料,使用水下调制荧光仪研究不同镉浓度(0、1、2、4、6、8和10mg·L-1)条件下浮萍叶绿素荧光的变化和叶绿素含量的变化,探讨了镉对浮萍生长和光合作用的影响.结果表明,镉胁迫导致浮萍最大光化学量子产量(Fv/Fm)、光系统Ⅱ(PSⅡ)有效量子产量(ФPSⅡ)、光化学淬灭(qP)、相对电子传递速率(rETR)、质体醌库(Fv/2)下降,非光化学淬灭(qN)和PSⅡ水裂解端失活程度(Fo/Fv)上升,说明浮萍的PSⅡ光合活性受到镉胁迫抑制.对浮萍叶绿素含量的测定结果表明,浮萍叶绿素含量明显下降,并且叶绿素a的下降幅度大于叶绿素b;同时,浮萍PSⅡ水裂解程度(Fo/Fv)对于镉胁迫反应极为灵敏,因而可以作为金属胁迫的重要指标.