甜菜BvGSTU9基因的生物信息学及在镉胁迫下的表达分析

为了进一步研究甜菜谷胱甘肽转移酶BvGSTU9 (LOC104894060)在重金属胁迫过程中的功能。本研究以‘780016B/12优’为实验材料,对该基因序列特征、结构、功能进行预测分析,并利用qPCR检测该基因在不同浓度镉胁迫下的表达量变化。结果显示甜菜BvGSTU9基因全长925 bp,开放阅读框675 bp,编码了由224个氨基酸组成的不稳定膜外蛋白。BvGSTU9与菠菜、藜麦的氨基酸序列相似性较高,与系统发育进化树分析结果基本相符。二级和三级结构预测表明该基因主要由α-螺旋、β-折叠、延伸链及无规则卷曲组成。qPCR显示BvGSTU9基因在不同浓度的镉胁迫下均受到不同程度的诱导,因此可以推断甜菜BvGSTU9基因无论从结构还是功能上,与镉逆境胁迫存在着一定的应答关系。研究结果也为甜菜耐重金属镉机制研究提供参考依据。     

基于GC-MS对水稻种子耐镉差异代谢物的筛选与分析

为了筛选耐镉性较好的水稻品种,本研究利用气相色谱质谱联用仪,对24份不同耐镉程度的水稻品种进行了代谢物的定性与定量分析,通过主成分分析(PCA)和偏最小二乘判别分析(PLS-DA)等多元统计分析方法筛选出水稻耐镉差异性代谢物。结果表明:24份水稻种子共检测出59种主要代谢产物,有机酸类物质可将不同耐镉水平的水稻区分开;同时结合PLS-DA与T检验筛选后得出4种差异代谢物(VIP>1,p<0.05),其中9,12-亚油酸主要存在于低耐品种,而丙二酸、扁桃酸和D-甘露醇主要存在于高耐品种中。说明有机酸类物质与水稻耐镉性相关,可作为区分水稻种子耐镉差异的标志代谢物。     

镉和模拟酸雨胁迫对苦楝幼苗镉含量及叶片抗氧化系统的影响

为探讨苦楝在重金属Cd和酸雨的单一及复合胁迫下的生理响应特征,采用人工配置土壤盆栽试验,研究不同浓度Cd(0、30、60、90、120、150、180 mg·kg^-1)和3个梯度模拟酸雨(pH值5.6、4.5、3.5)单一及复合处理对苦楝幼苗生物量、Cd含量及叶片保护性酶[超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)]活性和抗坏血酸-谷胱甘肽循环(AsA-GSH)的影响。结果表明,除低浓度Cd(≤30 mg·kg^-1)单一及其与pH值4.5酸雨复合处理对幼苗地上部、地下部生物量有促进作用外,其他处理均表现出抑制作用,其中复合处理对苦楝幼苗的抑制作用更明显,表现为叠加效应;单一Cd处理时,随着Cd浓度的增加,幼苗根、茎、叶中Cd含量逐渐升高,且根系大于茎叶,复合处理抑制了植物对Cd的积累,对叶片的抑制作用最强;Cd和酸雨单一及复合处理下叶片SOD、CAT和POD活性均有所增加,分别在60 mg·kg^-1 Cd、pH值5.6,60 mg·kg^-1 Cd、pH值4.5和90 mg·kg^-1Cd、pH值4.5时出现阈值;在AsA-GSH循环中,单一Cd处理下,AsA、GSH含量和抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性均随着Cd浓度的增加呈先上升后下降的趋势,单一酸雨处理对上述4个指标的影响不尽一致,而复合处理下上述指标在Cd浓度≤60 mg·kg^-1、pH值≥4.5时均能保持较高值,且随着胁迫程度的加深均出现了阈值。综上所述,苦楝对重金属Cd和酸雨胁迫具有一定的耐性,可在Cd浓度≤60 mg·kg^-1和pH值≥4.5的酸雨双重污染区域正常生长。本研究结果为土壤Cd污染的酸雨区域的修复植物筛选提供了理论基础和参考依据。     

以Lorke法为基础的半致死剂量(LD50)分析方法在油酸、化香树果序、黄连素抗镉减毒评价中的应用

镉污染严重着威胁农业的健康发展,如何有效抗镉减毒是保障农业生产安全的重要措施,然而目前缺乏高效的抗镉药物及简便易行的评价方法。本实验借助Lorke法为基础的半致死剂量(LD50)分析方法,检测了油酸、化香树果序、黄连素等不同潜在的抗镉化合物的减毒作用。通过改良后的Lorke法测定不同抗镉药物对小鼠的径口镉LD50的影响。结果显示,与200mg/kg维生素C相比,在灌胃200mg/kg油酸、化香树果序、黄连素能够减轻镉的毒性,提高镉的LD50。对照的LD50由140-160mg/kg分别上升至300-320mg/kg(油酸组),280-300mg/kg(化香树果序组)和320-340mg/kg(黄连素组)。以上结果表明,以Lorke法为基础的LD50分析方法,能够评价出油酸、化香树果序、黄连素的减镉毒作用,及其剂量-效应关系。以上结果同时证明了相同剂量下黄连素效果要优于油酸、优于化香树果序。     

长期秸秆还田和地下水位对土壤镉积累及有效性的影响

以1982年开始的长期定位试验为对象,研究了2个地下水位(高水位-20 cm和低水位-80 cm)下3种施肥方式(高量秸秆还田HS、常量秸秆还田MS、化肥CF)对水稻土镉积累及有效性的影响。结果表明:高水位条件下,长期秸秆还田可增加土壤总镉及有效态镉含量,HS和MS处理分别较CF处理提高21.8%、59.9%和9.8%、49.2%。低水位条件下,HS处理土壤总镉及有效态镉含量高于CF处理,较CF处理分别提高11.2%和31.6%; MS处理土壤总镉及有效态镉含量低于CF处理,较CF处理分别下降8.8%和14.3%。2012年,在保证原定位试验有足够重复的前提下,变更高水位条件下的部分试验处理。当HS处理变更为CF处理5 a后,土壤总镉和有效态镉含量分别较变更前下降2.5%和5.7%;CF处理变更为MS处理后,土壤总镉和有效态镉含量分别较变更前增加16.5%和58.9%。相同施肥处理,高水位土壤总镉含量高于低水位土壤。在MS处理下,高水位土壤有效态镉含量也高于低水位土壤,而在HS和CF处理下,低水位土壤有效态镉含量高于高水位土壤。土壤镉含量和土壤基本理化性质的相关分析表明,土壤总镉与土壤有机质、络合态铁含量极显著正相关,与pH显著负相关;土壤有效态镉与土壤pH、游离氧化铁极显著负相关。研究表明,施肥方式和地下水位是通过改变土壤的基本性质影响土壤镉的积累及其有效形态。     

黑豆—油菜与大豆—油菜轮作模式土壤镉修复能力比较

通过设置黑豆-油菜、大豆-油菜的轮作模式在湖南醴陵进行大田试验,结果发现黑豆表现出较强的镉富集能力,其根、茎、叶及果壳中镉含量分别为2.14、2.63、4.10及1.34 mg/kg,富集系数均在1以上。油菜各个部位镉含量较高的分别为叶与茎,达到了7.13和4.73 mg/kg。黑豆各部位镉转运系数均高于大豆,各油料作物提取的重金属主要集中在茎与叶。大豆叶的镉富集系数为2.06,茎的镉富集系数为0.86,明显低于黑豆同部位的富集能力。每公顷土地经过一轮黑豆-油菜、大豆-油菜轮作分别能够从土壤中提取73.52 g和51.68 g的镉,对土壤重金属镉的修复效率约为3%。     

镉胁迫下猕猴桃对镉的吸收及转运

在对湖南省猕猴桃成年果园8个猕猴桃品种(金魁、金艳、翠玉、东红、红阳、丰悦、魁蜜、米良一号)镉含量调查分析的基础上，选取镉富集能力有差异的米良一号与金艳猕猴桃进行镉胁迫(5、10、15、20 mg/kg)下对镉的吸收、转运的差异研究。结果表明：成年果园8个猕猴桃品种在土壤中度镉污染(0.9 mg/kg)时，果实镉含量均未超过国家标准值(0.05 mg/kg)；猕猴桃果实成熟期镉含量最高；镉胁迫下，米良一号和金艳镉含量随镉处理浓度增大而上升，且在镉浓度较低情况下富集能力较强；根的镉分配系数最大(＞0.90)，果实的最小，说明猕猴桃主要由根部吸收累积镉；米良一号整株吸收和积累镉量显著高于金艳，但金艳对镉的转移能力强于米良一号，金艳果实镉含量高于米良一号。     

基于叶片质外体相关成分和酶活性响应的龙葵耐Cd机理研究

为探讨龙葵(Solanum nigrum L.)耐镉(Cd)机理,采用基质培养法,研究了50 μmol·L^-1 Cd(CdCl₂·2.5H₂O)处理120 d对其生长和叶片细胞壁果胶、木质素含量、多聚半乳糖醛酸酶(PG)、纤维素酶(Cx)、NADH-过氧化物酶(NADH-POD)、愈创木酚过氧化物酶(GPOD)和松柏醇过氧化物酶(CAPX)活性以及质外体汁液中过氧化氢(H₂O₂)含量和GPOD、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响。结果表明,与对照相比,Cd处理显著抑制了龙葵地上和地下部的伸长生长、降低了根的干物质积累(P<0.05),但茎的分枝增多,叶面积、叶绿素含量、净光合速率和胞间CO₂浓度无显著变化(P>0.05);细胞壁结合酶NADH-POD、GPOD和CAPX活性以及果胶含量显著增高(P<0.05),而PG活性显著下降(P<0.05),Cx活性和木质素含量无显著变化(P>0.05);质外体汁液中H₂O₂含量显著增加(P<0.05),GPOD和SOD同工酶谱及活性无显著变化(P>0.05);CAT同工酶谱带增宽,APX同工酶谱带数增加,二者活性均显著升高(P<0.05)。说明50 μmol·L^-1 Cd较长时间处理龙葵植株,其地上部分生长仍处于良好状态,表现出对Cd毒害的耐性,这与Cd处理后叶片细胞壁果胶含量和结合酶GPOD以及质外体汁液中APX、CAT活性升高有关,推测这是龙葵耐Cd的一种机理。     

镉对柠条种子萌发及幼苗生长的影响

为探讨重金属镉(Cd)对柠条种子萌发的毒物刺激效应,采用培养皿滤纸萌发法,研究了不同Cd2+浓度(0,2,5,10,15,50mg/L)对柠条种子萌发、幼苗生长和酶活性的影响。结果表明:在5mg/L的Cd2+浓度下柠条种子的发芽率、胚芽和胚根的长度达最大,分别比对照提高3.8%,13.4%和11.2%,根和芽的POD活性分别比对照增加19.2%、1.8%,CAT活性比对照增加6.3%、10.4%;Cd2+浓度为50mg/L时,柠条种子的发芽势、发芽指数、活力指数分别比对照显著降低46.9%,26.1%和27.8%;高浓度Cd2+(10,15和50mg/L)对柠条种子萌发及酶活性表现为抑制作用,低浓度Cd2+(2、5mg/L)表现为促进作用。镉对柠条种子萌发具有"低促高抑"的毒物刺激效应,5mg/L的Cd2+浓度为柠条种子萌发刺激效应的临界浓度。     

沈抚灌区耕地重金属Cd、Pb的变化特征分析

选择沈抚灌区东部13个自然村庄的农业种植区，以1500 m间距网格化布点29处，调查研究区历史耕作情况，选取18个停灌时间不同的耕地样点，每个样点按0~20、20~40、40~60 cm采集3层土壤样品，分析测定重金属Cd、Pb的全量及化学形态，并测定了地上作物的茎叶、籽粒中重金属含量，探究研究区不同停灌时间及利用类型耕地土壤中Cd、Pb的分布特征及变化规律。结果表明：0~20、20~40、40~60 cm土壤中Cd含量分别为0.65~1.57、0.66~1.18、0.61~1.18 mg·kg^-1，停灌20~25年的土壤0~20 cm土层Cd含量最高，为1.57 mg·kg^-1；各土层Pb变化范围分别为21.07~38.59、14.97~30.59、15.71~25.66 mg·kg^-1，未随停灌时间发生明显变化；Cd在20~40、40~60 cm土层迁移率分别为0.42~0.50、0.46~0.52，而Pb仅为0~0.34、0~0.68；玉米茎叶、籽粒中Cd含量分别为0.33~0.47、0.02~0.07 mg·kg^-1，水稻茎叶、籽粒中Cd含量分别为0.33~0.89、0.02~0.09 mg·kg^-1，Pb含量分别为1.51~2.32、0.47~0.62mg·kg^-1，Cd、Pb在作物茎叶、籽粒中未随不同耕作方式及停灌时间表现出明显差异；水田土壤可交换态Cd含量占总量的37.33%，旱田可交换态Cd含量占总量的7.82%~13.95%；水田土壤可交换态Pb含量占总量的9.03%，旱田占总量的0.87%~4.18%。研究结果可为重金属污染耕地的利用管理及污染修复提供依据。