植物修复土壤重金属污染中外源物质的影响机制和应用研究进展

重金属进入土壤后难以被降解,并通过食物链在生物体内富集,长此以往会导致中毒、癌症、畸形、突变,严重影响了人类生产活动及地球生态系统的稳定。植物修复技术是一种经济有效的重金属污染修复技术,其依靠超富集植物强大的自身抗性机制,从土壤中提取或稳定重金属,达到污染治理的目的。然而修复土壤重金属污染的超富集植物通常生长缓慢、生物量低,其抗性机制也会受到植物本身对重金属胁迫的阈值限制,当胁迫超过这个阈值,植物修复的效率就会大大降低甚至失去修复功能。文章在解析植物重金属相互作用机制的基础上,综述了添加外源物质对重金属毒害植物的缓解效应以及其在强化植物修复土壤重金属污染中的应用研究进展;介绍了应用外源物质调控植物吸收转运重金属的3种途径,分别为提高土壤重金属生物利用度、促进植物生长以及增强植物耐性。提出了应用外源物质作为强化植物修复措施的潜力及今后的研究方向,其未来的研究应着重于以下方面:明确外源物质的应用浓度、时期、方式与植物吸收转运重金属之间的关系;从植物内源激素及信号分子间的互作、抗逆基因表达、内生及根际微生物等不同层面上揭示外源物质对植物积累重金属的调控机理;开展外源物质与其他植物修复强化技术的联合应用研究。这些研究可为土壤重金属污染的植物修复技术及其强化措施研究提供科学依据,同时也对植物修复工程技术的发展实践具有一定的指导意义。     

外源亚精胺对镉胁迫下黑麦草的生理调控效应

为解决植物修复重金属污染时遇到的耐性受损和低生长量等问题,研究了外源亚精胺(spermidine, Spd)对黑麦草镉(cadmium, Cd)胁迫的缓解效应。采用水培试验,在0、5和10 mg·L^-1 Cd处理的基础上,添加0.1 mmol·L^-1 Spd,定量考察分析了Spd对黑麦草生长发育、抗氧化能力和Cd积累特征的影响。结果显示,Cd处理显著抑制了黑麦草的生长和生理耐性。Cd浓度为10 mg·L^-1时,添加Spd使黑麦草生物量与耐性指数(tolerance index, TI)分别显著提高了20.90%和20.89%,叶绿素(a、b和a+b)含量显著提高了24.05%～46.11%。Spd还可抑制叶片内氧化产物丙二醛(malondialdehyde,MDA)和过氧化氢(hydrogen peroxide,H₂O₂)的积累,使其含量分别降低16.73%和16.45%;对抗氧化系统指标的影响则不一致,其中过氧化氢酶(catalase,CAT)、超氧化物歧化酶(superox...     

外源亚精胺调控黑麦草根系响应镉胁迫及其转录组学分析

应用外源生长调节物质是增强植物抗逆能力的有效手段之一.以黑麦草为受试植物,进行水培试验,探究外源基施0.1 mmol ·L^-1亚精胺（Spd）对不同水平（0、5和10 mg ·L^-1）镉（Cd）胁迫下黑麦草根系生理学和分子生物学两方面的影响.生理学研究结果表明,Cd胁迫显著降低黑麦草根系的生理机能,而添加Spd可有效缓解Cd引起的负面作用.其中对根系可溶性蛋白含量的影响最为显著,较5 mg ·L^-1和10 mg ·L^-1 Cd单独处理,分别提高了90.91%和158.35%.Spd还通过提高抗坏血酸（ASA）和谷胱甘肽（GSH）含量、过氧化物酶（POD）活性来抑制氧化胁迫产物丙二醛（MDA）和过氧化氢（H₂O₂）的积累,对根系活力和超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响则不显著.分子生物学研究结果表明,10 mg ·L^-1Cd胁迫致使黑麦草根部大量基因发生了差异表达,应用外源Spd后差异表达基因的数目、差异显著性和差异倍数均显著降低,GO富集分析最显著的部分由响应有机环状化合物、醛基/酮基转移酶活性变为响应三价铁离子和2''-脱氧麦根酸2''-双加氧酶活性.单基因表达热图分析发现,外源Spd上调了锌铁转运蛋白和2''-脱氧麦根酸2''-双加氧酶相关基因的表达,提高了根系对铁的吸收利用能力.综上所述,施用一定浓度的Spd可有效调控黑麦草根系对Cd胁迫的响应,增强其耐性生理,减轻Cd的毒害效应.