拟南芥抗寒基因ICE1的克隆及功能分析

【目的】从野生型拟南芥中克隆抗寒基因ICE1,通过农杆菌介导法将ICE1基因转到烟草中,对其功能进行研究。【方法】以三叶一心期拟南芥幼苗为材料,提取其总RNA,通过RT-PCR扩增得到ICE1基因的完整开放阅读框序列;构建以抗除草剂Bar基因为筛选标记的植物表达载体pCAMBIA3301-ICE1,通过农杆菌介导法转入到烟草中,对阳性植株进行PCR检测和生理生化指标测定,并对ICE1基因在转基因烟草植株中的表达特征进行分析。【结果】成功克隆了拟南芥抗寒基因ICE1,其完整开放阅读框长1 485bp。系统进化树表明,拟南芥ICE1基因与其他物种的ICE1基因差别较大。用农杆菌介导法得到4株阳性烟草植株,Southern blotting检测证明,ICE1基因已经以单拷贝的形式整合到烟草基因组中。实时荧光定量PCR检测表明,ICE1基因在转基因烟草植株的根、茎和叶片中均有表达,且在叶片中的相对表达量最高。4℃低温环境下,与未转化植株相比,转ICE1基因烟草植株叶片的相对电导率降低了12.00%~17.65%,脯氨酸含量增加了13.28%~24.10%,丙二醛含量减少了7.09%~14.52%,过氧化物酶活性提高了9.39%~22.54%。【结论】克隆获得了拟南芥ICE1基因的完整开放阅读框序列,在烟草中转入ICE1基因可提高其耐寒性。     

紫花苜蓿NAC类转录因子基因MsNAC2的克隆及其功能分析

【目的】NAC转录因子是植物特有的一类转录因子,N端含有一段高度保守、约150个氨基酸组成的NAC结构域,而C端为高度变异的转录调控区。NAC转录因子不仅参与植物生长发育的调控,而且在植物抗逆反应中具有重要的调控作用。作者从紫花苜蓿中克隆了一个NAC类转录因子基因MsNAC2,期望通过分析其DNA和氨基酸序列特征,阐明其在紫花苜蓿中响应非生物胁迫的表达模式,通过在烟草中过量表达鉴定其生物学功能,为进一步了解MsNAC2在紫花苜蓿中的耐逆调控机理提供试验基础,并为通过转基因技术改善紫花苜蓿抗逆力和提高其品质奠定研究基础。【方法】应用RT-PCR和RACE技术获得紫花苜蓿MsNAC2全长序列,并进行生物信息学分析。应用real-time PCR技术分析该基因在非生物胁迫下的时空表达特征。构建MsNAC2-GFP融合表达载体,进行基因表达的亚细胞定位分析。同时构建pBI121-MsNAC2植物超表达载体,通过农杆菌介导法转化烟草叶盘,比较逆境胁迫条件下野生型烟草和转基因株系的表型和生理指标,鉴定超表达MsNAC2对烟草耐逆能力的调控效应。【结果】MsNAC2全长1 358 bp,开放阅读框长度为1 023 bp,编码340个氨基酸,编码蛋白质分子量为39.4 kD,其N端含有典型的NAC保守结构域,C端高度变异。进化树聚类分析表明,该基因与脐橙CsNAC亲缘关系较近,属于NAC蛋白的ATAF亚家族。洋葱亚细胞定位分析表明MsNAC2定位于细胞核。转录水平表达分析表明MsNAC2受250 mmol·L^-1 NaCl、20% PEG6000、0.1 mmol·L^-1 ABA和4℃胁迫诱导而显著升高,并且MsNAC2在根中的表达量要明显高于在叶中的表达量。抗性试验结果显示,在NaCl、PEG和4℃冷害胁迫下,转基因烟草苗高、根长、鲜重和干重等生长指标均高于野生型。生理指标检测结果表明,在250 mmol·L^-1 NaCl、20% PEG6000和4℃处理24 h后,转基因烟草叶片丙二醛含量明显低于野生型烟草,分别为野生型的82.6%、73.2%和77.8%。脯氨酸含量高于野生型烟草,分别达1.52倍、1.72倍和2.24倍,且SOD和POD的活性均高于野生型烟草,分别为野生型的1.101倍、1.105倍、1.33倍和1.12倍、1.08倍及1.19倍。【结论】从紫花苜蓿中克隆了一个新的NAC转录因子基因MsNAC2,该基因能够对盐、冷害和干旱胁迫产生响应,与野生型烟草相比,过量表达MsNAC₂烟草具有较强的耐盐、抗旱和抵御寒冷的能力,说明该基因可能参与调控非生物逆境胁迫的生理响应。     

秋茄KcTIP1基因克隆及其对植物耐盐性作用的研究

【目的】从秋茄中克隆液泡膜水通道蛋白KcTIP1基因,并研究其对植物耐盐性的作用机制。【方法】以秋茄幼嫩叶片为材料,通过PCR扩增克隆KcTIP1基因并构建其表达载体,采用根癌农杆菌介导法,用含重组质粒的农杆菌转化烟草植株,通过卡那霉素筛选和转基因烟草基因组PCR、RT-PCR鉴定,获得转基因再生植株;并选取其中2个阳性株系和野生型株系进行盐处理,测定野生型烟草(对照)与盐处理烟草根、茎、叶鲜质量,光合参数,叶片组织Na+、K+浓度以及根尖Na+、K+的流速。【结果】成功克隆得到了KcTIP1基因,对其编码蛋白氨基酸序列进行分析表明,秋茄KcTIP1包含MIP家族的特征序列SGGHVNPAVT和2个保守的NPA(Asn-Pro-Ala)位点。RT-PCR检测结果显示,KcTIP1基因在转基因烟草株系中成功表达。盐胁迫后,转基因烟草植株根、茎、叶鲜质量,叶片净光合速率,蒸腾速率,叶片组织Na+、K+积累和根尖Na+、K+内流幅度均高于野生型烟草。【结论】KcTIP1具有与其他水通道蛋白类似的蛋白结构和酶学功能,KcTIP1基因过表达可以提高转基因烟草的抗盐能力。     

GhCDPK4基因的克隆和功能分析

为了研究棉花中GhCDPK4基因在响应非生物胁迫中所起的作用,通过PCR的方法克隆GhCDPK4基因,利用基因重组技术,构建植物过表达载体,采用农杆菌介导的叶盘法转化模式植物烟草,分析干旱和盐胁迫处理对转基因烟草表型和生理生化指标的影响。本研究成功克隆了属于棉花CDPK家族的基因GhCDPK4,构建了植物过表达载体pCAMBIA2300-GhCDPK4。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测发现转基因烟草中GhCDPK4基因高水平表达,并且转基因烟草相比于野生型烟草表现出较强的耐旱和耐盐性,其中SOD、POD和CAT活性显著升高,而相对电导率和MDA含量降低。研究结果表明GhCDPK4基因可正向参与应答干旱和盐胁迫。     

棉花亲环素基因GhCYP1的功能分析

【目的】研究转棉花GhCYP1对烟草耐旱能力的影响。【方法】利用Gateway技术构建GhCYP1的植物表达载体pGWB-GhCYP1,采用农杆菌介导的遗传转化技术,获得融合目的基因的转基因烟草植株。以烟草野生型（WT）、L1和L2转基因系为试验材料,测定水分胁迫条件下烟草叶圆片中叶绿素的相对含量、叶片中相对水分含量、丙二醛含量和相对电导率。【结果】与野生型烟草植株相比,转GhCYP1烟草植株根系粗壮、发达。水分胁迫下转基因烟草叶圆片中的叶绿素相对含量显著高于野生型。水分胁迫3 d,WT、L1和L2中相对含水量、丙二醛含量和相对电导率无显著差异（P<0.05）。水分胁迫13 d,转基因系叶片中相对含水量明显高于野生型（P<0.05）,丙二醛含量和相对电导率均明显低于野生型（P<0.05）。【结论】干旱胁迫对野生型烟草产生了较大影响,而转基因烟草显示出较强的耐旱能力,表明GhCYP1的过量表达有助于提高烟草的耐旱能力。     

苹果异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1的克隆及功能鉴定

【目的】异三聚体G蛋白(Heterotrimeric G protein)作为植物生物体内重要的信号转导分子,在感受外界环境刺激、参与植物抗逆反应和跨膜信号转导等方面发挥着重要作用。克隆异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1,并在烟草中过量表达MdGPA1,对其进行生物学功能鉴定和生理指标分析,为多年生木本植物响应环境因子信号转导过程中的分子机理研究提供参考。【方法】本研究以‘嘎拉’苹果(Malus×domestica‘Royal Gala’)为研究试材,利用同源序列比对和PCR技术,克隆获得MdGPA1。使用MEGA5.0构建GPA1物种间系统进化树;利用qRT-PCR方法检测该基因在苹果受非生物胁迫诱导表达及组织特异性表达情况。构建MdGPA1植物过表达载体,通过农杆菌介导法转化烟草叶片,比较干旱胁迫条件下野生型和转基因株系的表型与生理指标,验证MdGPA1在植物干旱胁迫条件下的生物学功能。【结果】克隆得到苹果异三聚体G蛋白α亚基基因MdGPA1(基因序列号:MDP0000881842),该基因长为1 173 bp,编码390个氨基酸。进化树分析表明MdGPA1与白梨Pb GPA1亲缘关系最近,同源性最高。基因表达分析显示MdGPA1主要在叶片中表达,在根系中的表达量次之,在茎和果实中的表达量较低。定量分析表明,该基因参与干旱、低温和盐等非生物逆境胁迫响应,在150 mmol·L~(-1)Na Cl、150 mmol·L~(-1)甘露醇、10%PEG和4℃胁迫条件下表达量明显下调,在5%H_2O_2胁迫处理下表达量明显上调。在烟草中过量表达MdGPA1,发现MdGPA1转基因烟草表现出对干旱敏感的表型特征,其叶片鲜重、叶绿素含量以及脯氨酸含量明显低于野生型烟草。在地下部,MdGPA1转基因烟草同样表现出对干旱敏感的表型特征;其根系形态相比于野生型较小,干重也明显低于野生型。【结论】MdGPA1参与了植物感受外界环境刺激的过程,对干旱、低温和盐等非生物逆境胁迫都存在着不同程度的响应。在烟草中异源表达MdGPA1后,提高了烟草对干旱的敏感性,转基因烟草表现出不耐干旱的表型,受干旱胁迫比野生型烟草更为严重,说明MdGPA1在响应植物抗旱胁迫中起着负调控作用。     

大豆rbcS基因启动子的克隆及在转基因烟草中的功能缺失分析

【目的】进一步验证栽培大豆rbcS基因启动子功能,为植物基因工程相关研究提供启动子资源。【方法】从栽培大豆中克隆了rbcS基因5′端上游1 538bp的DNA序列,根据光诱导表达调控元件及顺式作用功能元件所在的位置,设计含1 089,712和190bp 3个5′端缺失体,并将rbcS基因启动子(1 538bp)及3个5′端系列缺失体序列分别与gus基因融合,构建植物表达载体并命名为pGmrbcS、pA、pB和pC,用农杆菌介导法转化烟草,通过gus基因活性变化检测不同缺失体的表达特性。【结果】克隆了1 538bp的大豆rbcS基因启动子序列及1 089,712和190bp的5′端缺失体启动子片段。GUS活性检测表明,在pGmrbcS转基因烟草的叶中GUS活性最高,且与pCAMBIA1301转基因烟草叶片中CaMV35S启动子驱使gus基因的表达量相当,而茎、根中GUS活性较低。GUS定量分析表明,T1代转基因烟草光下培养时,3种缺失体启动子叶片中的GUS表达活性均与CaMV35S启动子相当,其中pB活性最高,是CaMV35S启动子活性的1.4倍,pA、pC活性低于pB,分别为pB活性的84%和71%;含pA的转基因烟草于黑暗中萌发的幼苗叶片gus基因不表达,光下萌发幼苗叶片有gus基因表达,而含有pB、pC的转基因烟草,在黑暗和光下萌发的幼苗叶片中均有gus基因表达,且表达量以pB最高。【结论】含有长度为1 089bp(pA)光诱导元件的rbcS基因缺失体启动子具有光诱导和组织特异表达特性,长度为712bp(pB)的缺失体启动子的启动活性最高。     

拟南芥CYCD3;1基因植物表达载体的构建 及在烟草中的遗传转化分析

为了分析植物D型细胞周期蛋白在细胞周期中的作用,采用PCR方法从拟南芥花序中克隆出At CYCD3;1基因的全长c DNA序列。该基因的开放读码框为1131 bp,预测编码376个氨基酸,蛋白质的分子量为42701.6 Da,蛋白质的等电点为4.89。构建植物表达载体p ROKII-At CYCD3;1,并利用农杆菌介导的叶盘法将外源基因导入野生型烟草中。通过PCR及q RT-PCR检测显示,At CYCD3;1成功插入烟草基因组并在转录水平表达。表型观察显示转基因株系与野生型株系相比主要表现为花冠宽度变大,花瓣和萼片长度变长,果实变大,茎干弯曲,叶片卷曲,根尖细胞变小。综上,拟南芥At CYCD3;1基因的过量表达影响了植物的生长发育。     

MsRCI2A/B/C基因超量表达对紫花苜蓿耐旱性的影响

【目的】分析紫花苜蓿MsRCI2A、MsRCI2B、MsRCI2C的表达差异并研究其抗旱功能,为苜蓿抗旱机制解析及分子育种奠定基础。【方法】采用qPCR的方法,分析紫花苜蓿MsRCI2A、MsRCI2B、MsRCI2C基因在20% PEG6000溶液模拟干旱条件下表达的差异,采用农杆菌介导法获得MsRCI2A、MsRCI2B和MsRCI2C基因超量表达的转基因苜蓿A12、A22、B13、B19、C2和C10,观察正常生长条件（干旱胁迫0 d）下和20% PEG6000干旱胁迫6,12 d的野生型株系WT（对照）及超量表达的转基因紫花苜蓿的表型,测定超表达苜蓿和WT的叶绿素含量、相对电导率、丙二醛（MDA）含量、抗氧化酶（超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT））活性及渗透调节系统（可溶性糖和脯氨酸含量）在干旱胁迫条件下的变化。【结果】在20%PEG6000模拟干旱条件下,MsRCI2A/B/C基因在紫花苜蓿叶和根中表达变化趋势相反,但3个基因在同一组织中的表达趋势相似。紫花苜蓿叶片中的MsRCI2A/B/C基因在干旱胁迫处理后均明显上调,其中MsRCI2A/C基因在干旱胁迫处理2 h时即极显著上升（P<0.01）,而MsRCI2B的表达相对缓慢,在处理8 h时极显著上升（MsRCI2A/B/C<0.01）。在根中,MsRCI2A/B/C基因在干旱胁迫处理2 h时相对表达量极显著下降（P<0.01）。在正常生长条件（干旱胁迫0 d）下,6个转基因苜蓿叶绿素含量、相对电导率和MDA含量、可溶性糖含量和脯氨酸含量与野生型苜蓿（WT）相比无明显差异,但转基因苜蓿SOD、POD、CAT活性明显高于WT（P<0.05）,其中转MsRCI2B/C基因苜蓿叶片中的SOD活性及叶和根中POD活性是WT的1.97~2.27倍。转基因株系A12、A22、B13、B19、C2和C10与野生型苜蓿(WT)同时进行20%PEG6000模拟干旱胁迫处理12 d后,各转基因株系的叶绿素含量极显著高于WT (P<0.01),为WT的3.00~3.46倍,而相对电导率和丙二醛含量则极显著下降了73%和55%。转基因苜蓿叶和根中的可溶性糖和脯氨酸含量及SOD、POD和CAT活性均显著升高（P<0.05）,其中MsRCI2A/C转基因苜蓿叶和根中的CAT活性是WT的2~3倍,MsRCI2B/C转基因苜蓿叶和根中的脯氨酸含量是WT的3倍。【结论】MsRCI2A、MsRCI2B和MsRCI2C的过表达可以增强苜蓿的耐旱性。     

超表达水稻MGD基因(OsMGD)烟草植株的耐低磷胁迫能力

【目的】研究超表达OsMGD基因烟草植株在低磷条件下的生长情况,为明确OsMGD基因对植物耐低磷胁迫的影响机理奠定基础。【方法】通过构建表达载体pGWB2-OsMGD和农杆菌介导的转化方法,获得超表达OsMGD基因烟草植株,用磷浓度为5μmol/L的HS营养液对转基因烟草植株进行低磷处理后,研究转基因烟草植株MGD活性、脂质和脂肪酸含量、叶绿素含量、根系鲜质量、根冠比和磷含量的变化情况。【结果】超表达OsMGD基因烟草植株中MGD活性增加了1~3.5倍;在转基因烟草植株中,半乳糖脂(MGDG和DGDG)、磷脂和总脂肪酸含量均显著高于野生型植株,但是转基因烟草植株中的脂肪酸组分与野生型相比无显著差异。低磷处理后,转基因烟草植株的生长情况明显优于野生型植株,转基因烟草植株中叶绿素含量、根系鲜质量和根冠比均显著高于野生型;在正常和低磷条件下,转基因烟草植株中的磷含量与野生型相比无显著差异。【结论】超表达OsMGD基因能增加烟草植株的细胞膜脂含量,使植物体内累积大量半乳糖脂和磷脂,从而提高了烟草植株耐低磷胁迫的能力。     

Ca2+对Cd2+胁迫下板蓝根种子萌发及幼苗抗氧化酶活性的影响

研究了Cd²⁺（10 mg·L^-1、30 mg·L^-1）胁迫下不同浓度Ca²⁺（0、80、160、320 mg·L^-1）对板蓝根种子萌发、幼苗抗氧化酶系统及蛋白质含量的影响。结果表明：低浓度Ca²⁺（80、160 mg·L^-1）可缓解Cd²⁺毒害,显著提高板蓝根种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数,促进蛋白质含量的增加,提高SOD、POD、CAT活性,且160　mg·L^-1 Ca²⁺缓解效果最好,缓解能力随Cd²⁺浓度的升高有所下降;高浓度Ca²⁺（320 mg·L^-1）与Cd²⁺作用,反而抑制了板蓝根种子的萌发,幼苗的POD、SOD、CAT活性及蛋白质含量下降。低浓度Ca²⁺可以显著提高板蓝根的抗性,对Cd²⁺毒害起缓解作用,高浓度的Ca²⁺与Cd²⁺对板蓝根种子起协同毒害作用。     

Cd2+对伸展摇蚊及黄色羽摇蚊幼虫的毒性效应研究

依据《化学品 沉积物-水系统中摇蚊毒性试验加标于沉积物法》(GB/T 27859—2011),以死亡率、羽化率、羽化时间和口器畸形率为观测指标,分别研究了加标水体和沉积物中Cd²⁺(CdCl₂·2.5H₂O)对伸展摇蚊(Chironomus riparius)和黄色羽摇蚊(Chironomus flaviplumus)的急性(96 h)和慢性(20 d)毒性。结果表明,摇蚊幼虫存活率与水和沉积物中Cd²⁺浓度呈显著负相关(P<0.01),水中Cd²⁺对三龄伸展摇蚊幼虫和黄色羽摇蚊幼虫的96 h半致死浓度(LC₅₀)分别为22.39 mg·L^-1和33.41 mg·L^-1,沉积物中Cd²⁺对伸展摇蚊幼虫及黄色羽摇蚊幼虫的20 d LC₅₀分别为226.26 mg·kg^-1和351.84 mg·kg^-1。摇蚊幼虫口器畸形率与Cd²⁺浓度显著正相关(P<0.01);伸展摇蚊羽化时间与Cd²⁺浓度无显著相关关系,黄色羽摇蚊羽化时间与Cd²⁺浓度显著正相关(P<0.05)。死亡率和口器畸形率表明,伸展摇蚊对镉污染的敏感性要高于黄色羽摇蚊。     

木薯渣基生物质炭对水中Cd2+ Cu2+的吸附行为研究

以木薯渣为原料,制备不同温度(350、450、550℃)的生物质炭(BC350、BC450、BC550),对其性质进行表征,探究吸附时间、溶液初始浓度、温度、p H对生物质炭吸附Cd~(2+)、Cu~(2+)作用的影响。结果表明:生物质炭对Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附平衡时间随着生物质炭热解温度的升高而缩短,伪二级动力学模型能较好地描述吸附动力学特性(R20.983)。吸附等温线符合Freundlich模型和Langmuir模型,但Freundlich模型拟合的线性更好,R2分别在0.951~0.998和0.992~0.998之间,说明生物质炭对Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附为多层吸附。lg KF值表示吸附能力,随生物质炭热解温度的升高而增大,说明BC550吸附效果最好,对Cd~(2+)、Cu~(2+)的最大吸附量分别为15.55和5.44 mg·g-1。生物质炭对Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附具有自发的特性,吸附量随p H的增加先增加后下降,最适p H分别为5.5和6.5。     

不同作物秸秆生物炭对溶液中Pb2+、Cd2+的吸附

为研究秸秆生物质炭的性质特征对其吸附重金属的影响,在限氧条件下将粉碎的小麦、水稻、玉米秸秆于450℃热裂解制备三种秸秆炭。研究了三种秸秆炭对溶液中Pb²⁺、Cd²⁺的吸附特性,并对其性质特征进行了测定分析。结果表明:三种秸秆炭对Pb²⁺、Cd²⁺的吸附符合准二级动力学模型,小麦、水稻、玉米三种秸秆炭对Pb²⁺的吸附速率分别为0.044、0.019、0.012 mg·g^-1·h^-1,对Cd²⁺的吸附速率分别为0.195、0.164、0.070 mg·g^-1·h^-1.三者对不同浓度下Pb²⁺、Cd²⁺的吸附符合Langmuir等温吸附模型,小麦、水稻、玉米三种秸秆炭对Pb²⁺的吸附容量分别为99.65、110.31、88.82 mg·g^-1,对Cd²⁺的吸附容量分别为30.64、29.39、21.47 mg·g^-1;在溶液pH 2.5~3.5时,三者对溶液中Pb²⁺、Cd²⁺的去除率急剧增加。小麦和水稻秸秆炭含有较高的碳酸盐、磷酸盐等无机矿物组分以及相对较高的阳离子交换量,对溶液中的Pb²⁺、Cd²⁺的去除可能是由于化学沉淀作用较强烈,而玉米秸秆炭的有机碳及官能团含量较高,孔隙结构较好,比表面积大,可能主要通过表面吸附及官能团的络合作用去除溶液中Pb²⁺、Cd²⁺.     

小桐子CDPK及相关激酶基因家族的全基因组鉴定及表达分析

基于小桐子基因组数据库,在全基因组水平对小桐子CDPK及相关激酶基因家族进行鉴定,并对其系统进化、基因结构、保守结构域、染色体定位以及器官与低温胁迫表达进行分析,为深入开展小桐子CDPK及相关激酶基因的功能鉴定及其在小桐子遗传改良中的应用提供依据。利用CDPK结构域的隐马尔可夫模型对小桐子蛋白质数据库进行相似性检索,经过Pfam与CDD在线工具的验证获得小桐子CDPK及相关激酶基因家族成员。利用不同的工具对CDPK及相关激酶基因进行生物信息学对比分析。通过小桐子器官与低温表达谱数据进行CDPK及相关激酶基因的表达分析。小桐子基因组中共检索到17个CDPK基因、5个CRK基因、2个PPCK基因、4个PEPRK基因以及1个CCaMK基因,各基因家族成员的基因长度、蛋白质等电点及亚细胞定位等理化参数具有家族特异性。序列比对与系统进化分析显示,5个基因家族都单独聚类,而CDPK与PEPRK基因家族又分别聚类为4个与2个亚族,且鉴定到小桐子CDPK家族成员的N-端可变区、激酶结构区、自抑区及EF-hand调控区4个保守结构域以及其他激酶成员的激酶结构域。同时,分别有21个与24个CDPK及相关激酶可能发生N-豆蔻酰化与N-十六烷酰化的修饰。染色体定位表明,小桐子CDPK及相关激酶基因不均匀地分布于10条染色体上,且存在JcCDPK7/JcCDPK9串联复制现象。转录组表达分析表明,29个CDPK及相关激酶基因中,有24个基因在叶片、根及种子中都有表达,而JcCDPK3、JcCDPK11、JcCRK3及JcCCaMK属于低温诱导高表达基因,与小桐子的抗冷性直接相关。     

牛粪和核桃壳生物炭对水溶液中Cd2+和Zn2+的吸附研究

为有效去除水溶液中Cd~(2+)和Zn~(2+),以牛粪和核桃壳为原料,在不同热解温度下制取生物炭,采用等温吸附法和动力吸附法研究生物炭对水溶液中Cd~(2+)和Zn~(2+)的吸附效果和动力学特性,通过生物炭吸附前后的XRD和FTIR表征对比,探究其吸附机理。结果表明:生物质原材料的种类和热裂解温度是影响生物炭吸附效果的两大因素,牛粪生物炭比核桃壳生物炭吸附效果好,700℃制备的生物炭比300℃制备的生物炭吸附效果好;生物炭对Cd~(2+)和Zn~(2+)的吸附符合Langmuir方程;700℃制备的牛粪生物炭(DM700)对Cd~(2+)和Zn~(2+)的吸附性能最佳,饱和吸附量分别为117.5 mg·g~(-1)和59.4 mg·g~(-1),其吸附过程由快速吸附和慢速吸附两个阶段组成,符合准二级动力学方程;吸附机理主要是生物炭中的羟基和羧基与Cd~(2+)、Zn~(2+)间发生离子交换和络合反应,Cd~(2+)、Zn~(2+)被吸附后进一步生成CdCO_3和Zn_3(PO_4)_2沉淀。这说明,DM700具备作为水溶液中Cd~(2+)、Zn~(2+)吸附剂的潜力,本研究为生物炭去除水中重金属和土壤重金属污染的修复提供了理论依据与应用参考。     

曼陀罗对镉的吸收及其亚细胞分布研究

为研究曼陀罗对重金属镉的耐性机制，以前期筛选的曼陀罗（Datura stramonium L.）为试验材料，通过水培方式探究镉（Cd）胁迫下曼陀罗对Cd的吸收累积特性及其在植株体内的亚细胞分布特征。结果表明：介质中Cd无论低浓度还是高浓度，曼陀罗各部位的Cd含量都表现为根 > 茎 > 叶，但迁移系数差异不显著。曼陀罗根系Cd²⁺流速在不同位置具有显著差异，其中分生区和伸长区的Cd²⁺流速显著大于根冠区和成熟区。当介质中Cd浓度由0.1 mg·L^-1增至2.5 mg·L^-1时，细胞壁和细胞液中Cd含量之和所占比例显著增大。研究表明，曼陀罗根系对Cd²⁺的吸收主要集中在分生区和伸长区，当介质中Cd浓度较低时，根系中细胞壁对Cd向上运输的限制及茎叶中细胞液对Cd的区室化起重要的作用；当Cd浓度较高时，根部细胞各组分中细胞液所占比重增加，Cd由根系向上迁移，此时茎叶中细胞壁对Cd的固定作用增强，其可能是曼陀罗耐受高Cd胁迫的机制之一。     

水体Cu2+对三疣梭子蟹主要组织ROS含量和抗氧化能力的影响

为探究水体Cu2+对三疣梭子蟹主要组织氧自由基水平和抗氧化能力的影响,采用生态学单因子梯度试验方法,研究了不同浓度水体Cu2+(0.04、0.4、2、4 mg·L-1)胁迫下三疣梭子蟹鳃、肝胰腺、肌肉组织中的活性氧(ROS)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和总抗氧化能力(T-AOC)的变化。结果表明:与对照组相比,低浓度水体Cu2+(0.04、0.4 mg·L-1)对三疣梭子蟹鳃、肝胰腺和肌肉组织ROS含量没有显著影响,而高浓度水体Cu2+(2、4 mg·L-1)会导致鳃、肝胰腺和肌肉组织ROS含量显著升高,且升高的幅度与Cu2+浓度成正比。低浓度水体Cu2+(0.04、0.4 mg·L-1)对三疣梭子蟹鳃、肝胰腺和肌肉组织的SOD活性和T-AOC均具有诱导作用,随实验时间的延长,SOD活性和T-AOC呈峰值变化;而高浓度水体Cu2+(2、4 mg·L-1)短时间内对梭子蟹的鳃、肝胰腺、肌肉组织的SOD活性及鳃T-AOC具有诱导作用,但对肝胰腺和肌肉T-AOC却有明显的抑制作用,在实验时间内两种组织T-AOC始终低于对照组,并呈逐渐下降趋势。由此说明低于0.4 mg·L-1的水体Cu2+在三疣梭子蟹抗氧化解毒能力的可控范围,但高于2 mg·L-1的水体Cu2+会对三疣梭子蟹主要组织细胞造成损伤,使之抗氧化解毒能力下降。抗氧化酶和非酶抗氧化物在三疣梭子蟹抵御Cu2+胁迫中共同发挥作用,三种组织SOD和T-AOC表现出明显的时间和剂量效应。     

Pb2+对甘肃纹党种子萌发和幼苗生理特性的影响

以甘肃道地中药材纹党(Codonopsis pilosula)为对象，通过室内培养试验，研究不同浓度10^-6、10^-5、10^-4、10^-3 mol/L Pb²⁺处理对纹党种子萌发、幼苗生长以及生理特性的影响，为探究Pb²⁺污染对纹党品质的影响提供依据。结果表明，Pb²⁺对纹党种子吸胀过程中相对吸水量的增加有抑制作用，随着Pb²⁺浓度的提高，党参种子的萌发率、萌发指数、幼苗生长及根尖微核和有丝分裂率变化，表现出先升高后降低的趋势；低浓度的Pb²⁺处理能够促进叶绿素的形成，高浓度则抑制叶绿素形成；可溶性糖、游离脯氨酸和丙二醛含量，随Pb²⁺浓度的升高而增加；Pb²⁺对SOD、POD和CAT活性有较强的抑制作用。可见，生物测定结果大多达到显著差异水平。     

高低硅秸秆生物炭的表征及对Cd2+的吸附特性与机理

采用野生型水稻（WT,高硅）和硅缺失突变体水稻（lsi1,低硅）秸秆为原材料制备成300、500、700℃ 3种温度生物炭,探究高低硅秸秆生物炭对Cd²⁺的吸附特性及作用机制。野生型和突变型水稻秸秆原料总硅含量分别为17.88%和7.42%,制备出的高硅生物炭相对于低硅生物炭具有较高的硅含量、较大的比表面积和孔径。通过元素分析、电镜能谱扫描分析（SEM-EDS）、傅里叶红外光谱分析（FTIR）以及比表面积分析（BET-N₂）等对两种生物炭进行分析,结果表明随温度上升两类生物炭均表现出产率下降、pH增大、比表面积上升,高低硅生物炭均能在471、788、1 090 cm^-1波峰处观察到Si-O-Si键。吸附实验表明,高低硅生物炭均在pH为6、固液比为1 g·L^-1时对水溶液中Cd²⁺吸附效果最佳。吸附动力学模型结果表明,高低硅生物炭的吸附动力学过程均符合准二级动力学模型（R² >0.9）,说明该过程以化学吸附为主。通过Langmuir和Freundlich模型进行等温吸附拟合,均能较好反映出高低硅生物炭的吸附行为与特性。结合高低硅生物炭的基本理化性质、FTIR分析和SEM-EDS观察的结果表明生物炭吸附机制主要为离子交换、沉淀和官能团络合作用。研究表明,热解温度较高的高硅生物炭吸附效果更好,这可能与其具有较高的硅含量、较大的比表面积与孔体积、较多的阳离子及较为丰富的官能团有关。