外源GSH对青菜和大白菜镉毒害的缓解作用

采用溶液培养的方法 ,比较了大白菜和青菜对过量镉 (Cd)处理的生理反应 ,及施加外源还原型谷胱甘肽 (GSH)对Cd毒害的缓解作用。结果表明 ,大白菜对Cd毒害的耐性大于青菜 ,并具有较高的吸收和转运Cd的能力。Cd处理可以抑制 2种蔬菜的根系伸长生长 ,降低叶片内叶绿素含量 ,增加叶片膜脂过氧化产物丙二醛 (MDA)的含量 ,提高叶片超氧化物歧化酶 (SOD)活性 ;而过氧化物酶 (POD)的活性 ,在Cd处理前期受到抑制 (3d) ,但随着处理时间的延长其活性逐渐提高并最终高于对照 (7d)。 5 0 μmol·L-1Cd处理下施加 2 0mg·L-1GSH可以缓解Cd对植物的毒害作用 ,促进根系伸长生长 ,提高叶片叶绿素含量 ,降低叶片MDA含量。GSH处理还增加植物根系非蛋白巯基 (NPT)和Cd含量 ,减少Cd向地上部运输量 ,降低地上部Cd含量。     

碱蓬和滨藜对镉和钠吸收、转运及亚细胞分布特性的比较研究

采用水培试验方法,比较了不同类型盐生植物碱蓬和滨藜的Cd耐性,研究了两者对Cd和Na的富集规律及亚细胞水平上的Cd解毒机制差异。结果表明,Cd胁迫下碱蓬和滨藜的根长、株高及干重等均受到不同程度的抑制,两者的表观毒害症状及对Cd的响应敏感度也存在明显差异;根系耐性指数可以作为评价两者Cd耐性的指标,碱蓬表现出更强的Cd耐性。另外,除1μmol·L-1Cd胁迫下,碱蓬根表的单位面积Cd吸附量均显著高于滨藜;两者吸收的Na大量转运至地上部,吸收的Cd则主要富集在根部,但碱蓬对Cd的转运能力比滨藜弱。亚细胞分布分析发现,两种盐生植物各器官中Cd均主要分布于细胞壁,其次为胞液;细胞壁的固定为两者亚细胞水平上的主要Cd解毒机制,且碱蓬不同器官细胞壁的固定能力比滨藜强,根部Cd亚细胞分布特性对Cd从根部向地上部转运有显著影响。Cd胁迫除产生直接毒害外,也影响碱蓬和滨藜地上部及根部的Na含量,干扰了两者不同器官及亚细胞水平上的正常Na稳态。     

作物根系镉滞留作用及其生理生化机制

一定程度的镉胁迫严重影响了作物的生长发育和农产品的产量及品质。文中全面综述了重金属镉胁迫对作物和人类的危害,以及镉在作物体内的吸收、转运和积累特征及其相关的主要调控基因和功能。简要概述了作物抗镉耐镉机制,重点讨论了其中的根系镉滞留作用的生理和生化机制。重金属镉主要通过根部吸收进入植株,在根中,Cd~(2+)首先进入由细胞间隙、细胞壁微孔以及细胞壁到质膜之间的空隙等构成的"自由空间",然后通过主动或被动吸收跨膜进入胞质,再经共质体或质外体途径运输到木质部导管中。水稻等作物主要通过下列途径来适应镉胁迫:细胞壁的滞留作用、原生质体的螯合作用、液泡的区室化作用、逆境蛋白和脯氨酸的积累、抗氧化酶系统活性的提高、根系的滞留作用。根系镉滞留作用作为一种重要的抗耐镉毒害的方式,在调控作物对镉的吸收、转运和分配积累,阻碍镉进入植株地上部和原生质体,减少镉对作物自身生长发育及农产品产量和品质的影响等方面起着非常重要的作用。主要包括根茎间低转运量导致的镉滞留、根系细胞壁滞留和液泡滞留。(1)根茎间低转运量导致的镉滞留。该种滞留作用主要受到根系木质部的镉装载能力和镉长距离运输载体——植物螯合肽(PCs)含量的影响;它们主要受到质膜上跨膜离子转运蛋白HMA2和HMA4以及细胞中的PCs合成酶及其相应基因(如HMA2、HMA4、PCs1等)的调控。这些蛋白和基因对木质部的镉滞留起到负调控作用。(2)细胞壁滞留作用。根系细胞壁滞留发生在质外体部分(包括细胞壁和胞间层),主要与质外体的组成成分和结构相关,其中起关键作用的是果胶多糖,半纤维素也起到一定作用。根据果胶和半纤维素滞留镉的作用方式的不同,细胞壁滞留作用可分为物理滞留和化学滞留。物理滞留主要与细胞壁的孔隙度和厚度有关,此二者均受到细胞壁果胶含量和果胶甲酯酶PME活性的影响。而化学滞留则是由半纤维素和低酯化果胶上的带负电荷基团,如-COO-等,与Cd2+发生静电结合作用所致。它们会受到PME14和XCD1等基因的调控。(3)液泡滞留作用。液泡滞留作用与细胞质和液泡中的PCs以及液泡膜上的转运蛋白密切相关,其对镉的滞留能力大小受到液泡分隔容量大小(VSC)的限制。在液泡的镉滞留中,不同分子量大小的PCs起到了重要作用,它们参与了胞质中镉的螯合、胞质与液泡间镉的转移及最终液泡中镉的沉积。而液泡膜上的转运蛋白则负责将胞质溶液中的低分子量PC-Cd复合物通过主动运输转移到液泡内,使镉被隔离在活跃生理区之外。作物根系中,这三种重金属滞留机制先后联合作用,降低了镉向原生质体和地上部的转移,从而减轻了镉对地上部的毒害,降低了籽实等收获器官中的镉含量。然而,由于木质部中PC-Cd占总镉比例以及细胞壁电荷总量和液泡VSC大小的有限性,从而使得根系镉滞留作用的强度和效果都存在着一定的限度。     

香根草对重金属镉的积累及耐性研究

通过香根草的水溶液培养,研究了不同浓度的镉(Cd)对香根草的生理和生态的影响.结果表明:香根草富集的Cd主要被累积在根内,最高富集系数达到24.06%.溶液Cd浓度与香根草根内Cd的累积量显著正相关(r=0.987 4),与根的耐性指数呈显著负相关(r=-0.943 6).低浓度Cd(≤1 mmol.L-1)处理使根系活力和硝酸还原酶(NR)活力随时间呈现先升后降的趋势,中、高浓度Cd(≥1.5 mmol.L-1)处理使根系活力呈显著下降的趋势,且浓度越高,下降幅度越大.化学形态分析表明,在香根草体内Cd的NaCl提取态占绝对优势,在根和茎叶内的平均占52.06%和64.03%.可以认为香根草在Cd胁迫下其氮代谢、呼吸作用,植物的生长发育受到一定程度抑制,但其对Cd仍具有较强的耐性和富集能力.     

3种植物对红壤中镉的富集特性研究

重金属超富集植物是重金属污染土壤植物修复的基础,研究了3种重金属富集植物羽叶鬼针草、美洲商陆和紫叶芥菜对重金属Cd的吸收积累规律,为植物修复Cd污染的农田和生态环境建设提供科学依据.采用盆栽方法,在不同浓度(0、20、35、50、65、80 mg·kg-1)cd处理下,分别测定3种植物地上部与根部Cd的含量,计算了地上部Cd迁移量、根系耐性指数、富集系数,研究了土壤中Cd添加量与植物富集Cd量的相关性.结果表明,随着土壤中Cd离子浓度的升高,3种植物地上部和根系中的cd含量也在增加,相关系数都大于0.99;综合地上部与根部cd含量,地上部cd迁移量,根系耐性指数和富集系数,3种植物对Cd的富集能力的相对顺序为:羽叶鬼针草>美洲商陆>紫叶芥菜.羽叶鬼针草、美洲商陆种植在Cd处理浓度为65 mg·kg-1的土壤中和紫叶芥菜种植在Cd处理浓度为80 mg·k-1的土壤中栽培时,3种植物地上部与根部的Cd含量均超过了100 mg·kg-1,达到了cd超富集量的标准.羽叶鬼针草、美洲商陆和紫叶芥菜对Cd有很强的耐受性和富集性,可以作为先锋植物去修复被Cd污染的土壤.     

一株代尔福特菌的分离及其对Cd吸附机制研究

微生物修复Cd污染技术的关键是获得对Cd具有较高耐性和较强固持能力的菌株,而微生物的修复效果与其对Cd的固持机制密切相关。本研究从重金属污染土壤中分离筛选出一株对Cd吸附率较高的菌株M6,采用批量吸附试验及扫描电镜（SEM）、傅里叶变换-红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱分析（XPS）等技术探究菌株对Cd的固持效果及机理。16S rRNA序列分析结果表明M6与代尔福特菌（Delftia sp.12,登录号KJ191561.1）的同源性达到100%,初步鉴定为代尔福特菌。在pH=7、温度为35℃、培养时间为48 h、初始Cd浓度为10 mg·L^-1时,M6对Cd吸附率最高,达71.8%。Cd浓度在10~100 mg·L^-1时,随着Cd浓度升高,M6对Cd吸附量逐渐增大,最大吸附量为36.73 mg·L^-1。通过测定M6胞内和胞外Cd含量发现,M6对Cd的固持作用包括胞内积累和胞外吸附。SEM扫描发现,吸附Cd后菌体表面出现沉淀物; FTIR结果发现菌体表面多种官能团参与Cd吸附过程。XPS结果表明Cd在菌体表面可能以Cd（OH）₂和CdCO₃形式存在。综上,菌株M6对Cd具有较强的耐性和较佳的固持能力,其固持机制包括胞内积累、胞外吸附和胞外沉淀。     

植物对污泥的响应及其根系对重金属的活化作用

采用温室盆栽试验,对生长于污泥中的几种耐性植物遏蓝菜属(Thlaspigoesingense)、羽叶鬼针草(Bidensmaxi-mowiczianaOett)、酸模(RumexacetosaL.)、紫苜蓿(MedicogosativaL.)和印度芥茉(Indianmustard)的植物干重、体内重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)的含量、叶片中叶绿素含量和植物根系对重金属的活化率做了研究。结果表明,生长于污泥中的植物其干重比对照均有不同程度的增加,其中羽叶鬼针草与对照相比差异极显著;不同植物对不同重金属的吸收量亦不同;各种植物叶片中的叶绿素含量变化不同,与对照相比,差异不显著;遏蓝菜对Cu、Zn的活化率最高,印度芥茉对Cd的活化率最高。     

植物化感作用在蔬菜作物上的表现及其应用

植物化感作用(Allelopathy)是化学生态学研究的一个重要方面。1937年德国科学家Molish首次提出此词，它是指各种植物(包括微生物)之间存在的一种化学相互作用，包括促进和抑制两个方面。植物主要是通过茎叶挥发、淋溶、根系分泌以及植物残体的腐解等途径向环境中释放化感物质，来影响周围植物(微生物)的生长和发育。化     

Cd、Pb对银杏根系离子微域分布影响研究

为阐明重金属在银杏(Ginkgo biloba L.)根尖微区中的富积特性及对其它选择性吸收离子的作用机理,采用X线电子探针技术研究Cd、Pb对银杏根系中离子微域分布的影响。结果表明,Cd、Pb处理后在表皮、皮层、韧皮部和木质部细胞中均可发现Cd2+、Pb2+的积累。Cd、Pb胁迫显著地影响了根系微区的离子分布,使细胞中大多离子的稳态受到破坏,是Cd、Pb对植物产生毒害的机制之一。同时Ca2+和K+在根系微区不同组织中均呈现出较强的峰,Ca2+和K+稳态的维持显示银杏对Cd、Pb胁迫可能具有较强的耐性机制。     

植物化感作用在草地生态系统中的研究进展

植物的化感作用(allelopathy)是植物化学生态学研究的热点之一。在生态系统中化感植物通过淋溶、挥发、残体分解和根系分泌等过程,释放出化学物质,引起植物种间或种内的相互作用,产生有害或有利的影响。化感作用影响着群落的植物组成及分布格局、群落的演替、种子的保存和萌发以及氮循环等。主要对草地植物的化感物质种类、化感物质作用特点、释放途径、影响化感物质产生的因素以及化感物质提取方法进行了归纳和总结。同时,提出了草地植物化感研究存在的科学问题和应用前景。