植物铜伴侣蛋白的研究进展

铜是植物生长发育所必需的微量元素,是参与生命基本过程的辅因子。铜伴侣蛋白在运输铜离子、参与目的蛋白的装配及保护机体免受游离铜离子毒害等方面发挥重要作用。因此,铜伴侣蛋白对植物体内铜稳态的调节具有重要的贡献。为了促进植物铜伴侣蛋白的进一步深入研究,从铜伴侣蛋白的起源、种类及3种铜伴侣蛋白(ATX-like、CCS和COX17)相关研究方面进行综述。     

水培条件下铜对蔬菜幼苗生长毒害的影响研究

研究水培条件下铜对蔬菜幼苗的毒害影响,结果表明:经过2周的加铜培养试验,铜胁迫下的蔬菜产生一定的毒害现状,随着铜浓度的增加,对蔬菜幼苗生长的影响逐渐增加,对铜最敏感的蔬菜是大白菜,而最耐铜的蔬菜是豇豆。     

铜对苋菜气孔气体交换的影响

[目的]探究铜胁迫对苋菜生理过程的影响。[方法]用土培的方法,研究铜对苋菜幼苗气孔气体交换和光合色素的影响及铜在植物体的分布。[结果]0.5 mmol/kg铜处理对苋菜生长有利;随着铜浓度的增加,苋菜净光合速率明显降低,主要归因于非气孔限制;蒸腾速率、光饱和点、表观量子效率和光合色素含量下降,光补偿点升高;暗呼吸速率在0.5~2.0 mmol/kg下升高,在4.0 mmol/kg下降低;苋菜根系铜含量远高于叶片,且随着铜处理浓度的升高,根系和叶片铜含量明显增加。[结论]该研究为苋菜种植和探讨铜对植物毒害的生理机制提供依据。     

植物的铜稳态研究综述

微量元素在植物生长发育过程中是必不可少的,因此研究植物内各种微量元素的稳态具有重要意义。铜在光合作用、呼吸作用、乙烯感应、活性氧清除和细胞壁重塑中发挥重要作用。铜的运输是由一组进化上高度保守的转运蛋白和金属伴侣共同完成的。由于根中转运蛋白的调控和高铜含量土壤非常稀缺,使得植物组织中的铜含量一般不会过高。然而,铜的利用率低会降低植物的生产能力。由于某些功能保守的基因的控制,植物会响应铜缺乏的外界环境。植物主要通过Ctr/COPT铜转运家族转运蛋白家族从细胞外吸收铜,之后由铜伴侣蛋白及P型ATP酶将铜运输到各细胞器中。铜在木质部的运输及铜从衰老叶片到嫩叶与生殖组织中进行的再分配都须要烟酰胺发挥作用。此外,铜的再分配过程须要黄色条纹状(yellow stripe-like,简称YSL)转运体及铜伴侣蛋白CCH的参与,其中CCH蛋白存在于植物的韧皮部。当铜供给不足时,植物中增加铜吸收的系统会被激活,并且使铜能更有效地被利用。一些参与铜调控的小分子RNA会下调某些不重要的铜蛋白的表达量。低铜条件下,主要的铜应答转录因子SPL7既可以激活参与铜吸收的基因的表达,又可以上调某些Cu-microRNAs的表达量。这种调节允许光合自养生物生长所需的最重要的含铜蛋白质(如质体蓝素)在一定的铜浓度范围内保持活性,这更有利于植物的生长。植物中铜过量会造成活性氧的快速积累,活性氧会破坏核酸、氧化蛋白并导致脂质过氧化,从而影响细胞的诸多功能,对细胞产生毒害。细胞内铜过量时会上调金属硫蛋白(metallothionein,简称MT)的表达以减少细胞质中游离铜离子的含量。主要阐述植物中铜稳态的作用及其研究进展,以及植物对铜的吸收与再分配过程,同时对铜在细胞内的传递及细胞内铜稳态的调控进行简单概述。并对大部分重要的含铜蛋白的研究进行简要描述。由于高等植物中铜蛋白的研究报道还较少,因此对植物中铜稳态的研究概述可以加强研究者对含铜蛋白质生物学功能的了解,同时也可以为进一步阐明植物吸收利用铜的分子机制提供依据。     

重金属铜对植物毒害机理的研究现状及展望

铜是植物正常生长发育所必需的微量营养元素,随着铜用途的扩大及用量的增加,含铜污染物的排放量逐渐增多,导致植物中铜含量超标,已严重影响到人类健康和生态系统稳定。文章综述了国内外关于铜对植物生长、细胞膜系统、抗氧化物酶系统、光合作用、矿质营养吸收和运输等生理响应等方面的研究进展,指出目前关于铜对植物毒害的研究主要集中在植物的耐铜阈值、毒害生理机理和植物对铜的解毒效应等方面,并提出今后应从拓宽植物研究种类、铜胁迫差异蛋白和基因表达鉴定及维持细胞内稳态的重金属转运体的鉴定等方面进行深入研究,为揭示铜对植物的毒害机理提供依据。     

利用铁-铜拮抗作用减少玉米铜毒害的研究

采用水培试验方法,研究了缺铁和供铁条件下玉米幼苗对不同形态铜的吸收特征以及不同浓度铜和不同形态铜对玉米幼苗吸收铁的影响。结果表明,缺铁条件下,玉米幼苗吸收铜的量随着铜浓度的升高显著增加,根系铜含量和积累的铜量显著高于地上部的铜含量和积累量。无机铜是最容易被玉米幼苗吸收的形态,而且向地上部的转运也最多。在有机络合铜中,EDTA络合铜被吸收的量最少,但在体内向地上部的相对转运比例最大。有机络合铜被吸收的总量虽然较大,但多积累于根部,向地上部运输的比例很小。增加铁的使用可以大大减少进入植物体内的铜量,并使已进入植物根系的铁更多地分布在根部,从而减少了地上部铜的含量和铜的毒害。铁存在对无机铜吸收的抑制作用最大,其次是酒石酸铜、苹果酸铜、柠檬酸铜、草酸铜,而对EDTA-铜的吸收抑制最小。     

利用铁-铜拮抗作用减少玉米铜毒害的研究

采用水培试验方法,研究了缺铁和供铁条件下玉米幼苗对不同形态铜的吸收特征以及不同浓度铜和不同形态铜对玉米幼苗吸收铁的影响。结果表明,缺铁条件下,玉米幼苗吸收铜的量随着铜浓度的升高显著增加,根系铜含量和积累的铜量显著高于地上部的铜含量和积累量。无机铜是最容易被玉米幼苗吸收的形态,而且向地上部的转运也最多。在有机络合铜中,EDTA络合铜被吸收的量最少,但在体内向地上部的相对转运比例最大。有机络合铜被吸收的总量虽然较大,但多积累于根部,向地上部运输的比例很小。增加铁的使用可以大大减少进入植物体内的铜量,并使已进入植物根系的铁更多地分布在根部,从而减少了地上部铜的含量和铜的毒害。铁存在对无机铜吸收的抑制作用最大,其次是酒石酸铜、苹果酸铜、柠檬酸铜、草酸铜,而对EDTA-铜的吸收抑制最小。     

硅、铜对水稻种子萌发及幼苗生长发育的影响

采用水培的方法,研究了硅和铜对水稻种子萌发及幼苗生长发育的影响。结果表明,未受铜毒害时,加入低于60 mg/L的硅可促进水稻幼苗生长,硅浓度过高则会抑制水稻幼苗生长。但当水稻受到铜毒害,显著抑制水稻幼苗生长时,加入低于140 mg/L的硅素营养,可以缓解铜的毒害作用,硅离子浓度越大,缓解作用越强。     

利用铁-铜拮抗作用减少玉米铜毒害的研究

采用水培试验方法,研究了缺铁和供铁条件下玉米幼苗对不同形态铜的吸收特征以及不同浓度铜和不同形态铜对玉米幼苗吸收铁的影响.结果表明,缺铁条件下,玉米幼苗吸收铜的量随着铜浓度的升高显著增加,根系铜含量和积累的铜量显著高于地上部的铜含量和积累量.无机铜是最容易被玉米幼苗吸收的形态,而且向地上部的转运也最多.在有机络合铜中,EDTA络合铜被吸收的量最少,但在体内向地上部的相对转运比例最大.有机络合铜被吸收的总量虽然较大,但多积累于根部,向地上部运输的比例很小.增加铁的使用可以大大减少进入植物体内的铜量,并使已进入植物根系的铁更多地分布在根部,从而减少了地上部铜的含量和铜的毒害.铁存在对无机铜吸收的抑制作用最大,其次是酒石酸铜、苹果酸铜、柠檬酸铜、草酸铜,而对EDTA-铜的吸收抑制最小.     

铜对大球盖菇抗氧化系统的影响

为了了解大球盖菇对铜胁迫的耐受和应答,进一步研究铜对大球盖菇的毒害机理及避免大球盖菇铜污染提供参考,通过液体培养试验研究了不同浓度铜(Cu)(0、50、100、200、400 μmol·L-1)对大球盖菇可溶性糖、脯氨酸含量影响和过氧化物酶、过氧化氢酶活性影响.结果表明,随着基质Cu2+浓度增加,菌丝体内的可溶性总糖和脯氨酸含量显著降低,当Cu2+度达到400 μmol·L-1时,其含量分别下降至对照组的24.03%和33.91%.过氧化物酶和过氧化氢酶活性呈先增加、后降低趋势,活性最大时的铜离子浓度分别是200 μmol·L-1和100 μmol·L-1.大球盖菇在铜胁迫下可溶性糖和脯氨酸含量没有像高等植物那样随铜浓度升高而先升高后下降的现象,过氧化物酶和过氧化氧酶活性的变化趋势与植物相同,但活性最高对应的铜浓度比植物偏低,二者说明大球盖菇对铜胁迫敏感,在栽培时应注意环境及基质的铜污染程度不能高于100μmol·L-1.