Cd对植物的氧化胁迫机理研究进展

土壤中的重金属污染尤其是镉(Cd)污染是目前全球关注的环境热点问题之一.Cd对于人体和动植物都是非必需元素,且有很强的毒性.Cd对植物的毒害机理研究相对人体和动物起步较晚,最近也逐渐成了重金属研究的焦点.越来越多的研究证实Cd对植物的毒害首先是作用于细胞内的氧化还原系统,造成活性氧(ROS)积累-氧化胁迫,进而引起一系列氧化还原反应,使抗氧化系统发生改变.本文回顾和总结了进入植物体内的Cd与植物的抗氧化系统关系的研究进展,详细阐述了其氧化胁迫的可能机理,并提出了新的研究方向.     

Cd对植物的氧化胁迫机理研究进展

土壤中的重金属污染尤其是镉(Cd)污染是目前全球关注的环境热点问题之一。Cd对于人体和动植物都是非必需元素,且有很强的毒性。Cd对植物的毒害机理研究相对人体和动物起步较晚,最近也逐渐成了重金属研究的焦点。越来越多的研究证实Cd对植物的毒害首先是作用于细胞内的氧化还原系统,造成活性氧(ROS)积累-氧化胁迫,进而引起一系列氧化还原反应,使抗氧化系统发生改变。本文回顾和总结了进入植物体内的Cd与植物的抗氧化系统关系的研究进展,详细阐述了其氧化胁迫的可能机理,并提出了新的研究方向。     

重金属对植物的毒害及植物对其毒害的解毒机制

土壤重金属污染会引发一系列严峻的环境问题,不仅威胁生态系统健康,还限制人类发展。活性氧(ROS)过量积累引起的氧化胁迫是重金属毒害植物的主要原因之一。围绕ROS对质膜、蛋白质、DNA的氧化损伤机制阐述ROS对植物产生毒害的机制,总结分析植物重金属转运蛋白、抗氧化酶系统、细胞壁、液泡对重金属的解毒机制,以期为今后植物耐重金属胁迫生理生态机制研究提供一定的理论依据,为植物修复重金属污染研究提供参考和借鉴。     

外源钙对镉胁迫下植物生长及耐镉机制研究

镉(Cd)是一种非必需且含有剧毒的重金属元素,经根系吸收、转运和积累对植物有很强的毒害作用。重金属通常不能被降解,易于通过食物链进行生物累积,从而对生态系统和人类健康构成长期威胁,因此应采取措施降低镉污染问题。钙(Ca)是参与各种植物生理过程所必需的大量营养素,如参与植物的生长发育,光合作用,细胞分裂等。由于Ca和Cd之间的化学相似性,Ca可以调节Cd诱导的植物生理代谢变化,因此研究Ca与Cd在植物体内的交互作用具有重要意义。近期研究表明,Ca作为一种外源物质,通过缓解生长抑制,调节重金属的转运和积累,改善光合作用,减轻氧化损伤,从而保护植物免受Cd胁迫。本文综述了钙在镉胁迫下对植物生长,重金属转运和积累,光合作用及氧化胁迫的影响。     

大气高浓度二氧化碳和重金属胁迫下植物抗氧化系统和有机酸响应研究进展

大气二氧化碳浓度升高和土壤重金属污染都是严重的环境问题。高浓度的二氧化碳对于植物的生长具有促进作用,而重金属对于植物具有毒害作用,植物体可以通过有机酸与重金属发生络合以及提高抗氧化酶的活性来抵御重金属的毒害作用。但对于高浓度二氧化碳和重金属胁迫的复合影响研究相对较少,本文综述了大气高浓度二氧化碳和重金属胁迫及其复合作用下植物抗氧化系统和有机酸响应研究进展。     

镉污染对水稻生理生化的影响

镉是一种可严重污染环境的重金属,过量的镉会对植物产生毒害。镉对水稻生理生化的影响在国内外已有大量的研究,相关成果可以为减轻重金属对水稻的毒害,规避重金属风险提供参考依据。就镉对水稻生长发育、营养吸收、水平平衡、光合作用、酶活性、人体毒害等影响作一简要综述,着重分析水稻对Cd毒害的耐受机理,最后根据笔者生产实践提出防治、缓解Cd毒害的一些措施,以期为降低Cd污染所造成的减产及稻米中Cd的积累量提供理论依据。     

外源NO对镉胁迫下水稻幼苗抗氧化系统和微量元素积累的影响

重金属污染已成为世界范围的主要问题之一,其中镉(Cd)毒害的范围最广.Cd污染影响植物的生长和发育.一氧化氮(NO)作为植物体内的一种活性信号因子,参与了植物对各种胁迫的应答.为了探讨外源NO对Cd胁迫下水稻苗期生理生化响应的调节作用,以粳稻和籼稻为材料,采用营养液水培的方法,研究外源NO供体硝普钠(SNP)对100μmol/L Cd胁迫下2个水稻基因型(ZF802和ZH11)幼苗生长、抗氧化酶系统和微量元素吸收的影响.结果表明,1.5 mmol/L SNP能明显缓解Cd胁迫对两种水稻幼苗生长的抑制作用,提高幼苗对Cd的耐性.尽管存在一定的基因型差异,但外源NO能使两个基因型叶片中的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性下降,降低了叶片中丙二醛(MDA)含量,从而缓解Cd对水稻幼苗的毒害.另外,外源NO影响Cd胁迫下水稻幼苗地上部和根部Cd和微量元素的积累,这种影响的程度与水稻的品种有关,具有显著的基因型差异,且机制较复杂.     

花青素介导植物抗重金属胁迫机理的研究进展

近年来的土壤重金属污染问题依然严重.重金属作为一种主要的非生物胁迫,不仅严重制约植物的生长发育、影响农产品的品质及安全质量,还会通过食物链进入动物和人体内,最终威胁人体健康.如何缓解植物重金属毒害一直是国内外研究的重点和难点.花青素是一种广泛存在于自然界植物中的水溶性天然色素,参与植株的生长与发育、生物与非生物胁迫应答等.文章归纳总结文献报道,阐明重金属对植物的危害,并以砷为例说明危害机理,介绍花青素的生物学功能,以及花青素介导植物抗重金属胁迫机制,包括清除自由基、激发/促进内源抗氧化系统、螯合重金属、区室化隔离和花青素相关基因表达.针对目前重金属修复及农林废弃物化利用存在的问题,提出今后应重点开展花青素介导植物重金属胁迫和归趋的机理与应用研究,开发重金属植物修复技术的新原料,为丰富植物重金属转运机制和防控措施、减少植物重金属污染、综合利用富含花青素的有色蔬果及制糖原料等农林废弃物提供参考依据.     

硅缓解植物重金属毒害机理的研究进展

硅对植物重金属胁迫具有重要的调节作用,研究表明:适当浓度的外源硅能够通过多种途径有效缓解重金属胁迫对植物生长发育的抑制和毒害作用,使植物内重金属富集系数和转运系数发生变化,减少植物对重金属的吸收积累;有效缓解重金属对细胞结构的伤害;促进植物生理生化代谢。硅缓解植物重金属毒害的机理可归纳为避逆作用和耐逆作用。避逆作用包括:提高土壤(介质)p H,改变其理化性质;改变土壤中重金属形态,使其沉积于土壤或根系周围,减少植物对重金属的吸收。耐逆作用包括:影响重金属在植物内转移、积累;刺激植物产生酚类物质并与重金属螯合;促进重金属离子在植物内区隔化分布,使其结合到细胞壁或液泡中;提高植物内抗氧化系统活性(SOD、POD、CAT、APX),有效清除重金属胁迫产生的活性氧。本文就近年来硅缓解重金属毒害作用及其机理的相关研究进行了归纳和总结,并对今后的研究重点进行了展望。     

脱落酸在植物抗镉胁迫中的作用

镉(Cd)作为环境中广泛分布且具有潜在毒害作用的重金属污染物之一,易被植物吸收、富集并引起中毒,例如植物生长发育和光合作用受到抑制,叶片黄化和细胞死亡等,严重情况下还会导致死亡。因此,缓解植物Cd胁迫的研究尤为重要。脱落酸作为一种植物胁迫激素,能通过调控植物生长、降低Cd吸收量等在植物抗Cd胁迫应答反应中发挥重要作用。本文综述了脱落酸在Cd诱导的植物胁迫中所发挥的作用及其在缓解Cd毒性作用中的潜在机理。     

水杨酸对镉胁迫下莴苣幼苗生长和氧化胁迫的缓解效应

重金属Cd作为毒性较高的环境毒物,不仅危害植物的生长和发育,也对人类健康带来严重威胁.水杨酸(salicylic acid, SA)作为一类新型植物生长调节物质,在诱导植物抗性方面起重要调节作用.以笋王一号莴苣为试验材料,研究SA处理对Cd胁迫下莴苣幼苗生长的缓解作用和生理机制.结果表明,外源SA处理可以不同程度地缓解Cd对莴苣幼苗生长的毒害效应,促进根长和叶面积的增加;增加Cd胁迫下幼苗根和叶中SOD、CAT和APX的活性,降低G-POD 活性,减少MDA积累,减轻了Cd引起的氧化胁迫程度,以10 μmol/L 的SA处理缓解效果最好.     

镉对紫茉莉叶片蛋白质·脯氨酸和抗氧化酶活性的影响

[目的]了解镉诱导的植物生理生化变化。[方法]采用盆栽试验,以氯化镉配制土壤镉含量分别为1、5、10、25、50、100 mg/kg干土,以不加镉处理作为对照,研究镉处理20 d对80 d龄紫茉莉叶片叶绿素、蛋白质、脯氨酸含量和抗氧化酶活性的影响。[结果]随着镉处理浓度的增加,紫茉莉叶片总叶绿素和蛋白质含量、硝酸还原酶活性降低,叶绿素a/b值和脯氨酸含量升高。过氧化物酶活性随着镉处理浓度的增加而增加,可作为指示重金属植物毒性的一种生物指标。在较低浓度镉处理下,抗氧化酶活性随镉处理浓度的增加而增加,谷胱甘肽还原酶和过氧化氢酶在25 mg/kg镉处理下活性最高,而超氧化物歧化酶和抗坏血酸过氧化物酶在50 mg/kg镉处理下活性最大,但在100 mg/kg镉处理下,这4种酶的活性都明显回落,过氧化氢酶活性甚至低于对照。[结论]抗氧化酶是紫茉莉抗氧化防御系统的重要组成部分,能有效降低氧化胁迫对植株造成的伤害。     

镉胁迫下增施氮对杨树生长和光合特性的影响

为探讨植物对重金属镉的解毒机制,本实验以“欧美107杨”扦插苗为材料,以CdCl2和Cd( NO3)2为镉源,研究了在镉处理下施加氮肥(NH4 HCO3)对其的生长和光合特性的影响.结果表明,在硝酸镉或氯化镉胁迫下,施用碳酸氢铵能缓解重金属镉对杨树植株的危害,其生长,叶绿素含量和光合速率显著高于对照.单独的氯化镉胁迫处...     

金鱼藻抗氧化系统对镉胁迫的响应

[目的]研究镉对金鱼藻生长的影响和金鱼藻抗氧化酶对胁迫伤害的响应。[方法]用不同浓度的氯化镉溶液(纯镉离子浓度分别为0、0.2、1.0、2.0 mg/L)处理金鱼藻,并分别于处理后1、2、4、8 d测定处理后植株叶绿素和可溶性蛋白含量、镉的积累量、抗氧化酶活性以及氧化胁迫参数等指标。[结果]金鱼藻体内镉的积累量随胁迫浓度和时间的增加而增加,但积累速率随胁迫浓度和时间的增加而降低;抗氧化酶系统对镉胁迫具有应激反应,当镉浓度小于1.0 mg/L时,超氧物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性均先上升,4d后又下降,而当镉浓度大于2.0 mg/L时,上述酶活性下降,同时,H2O2含量、MDA含量上升。[结论]低浓度镉可以诱导抗氧化酶活性,抵御氧化胁迫,但随着隔浓度的增加,抗氧化酶活性降低,植物受到氧化胁迫伤害。     

镉胁迫对两种芒属植物叶片抗氧化酶系统的影响

以芒属植物A0104和C0424两个品种的幼苗为材料,采用水培的方式探讨了Cd胁迫对芒属植物叶片抗氧化酶系统的影响。结果表明:当Cd浓度为1~2 mg/L时,Cd胁迫对C0424的影响较小,当Cd浓度增加至3~4 mg/L时,C0424体内氧化应激加剧;而A0104在1~4 mg/L的Cd胁迫浓度下均发生了强烈的氧化应激反应。这表明C0424在Cd耐性方面优于A0104。     

A novel aldo-keto reductase gene, IbAKR, from sweet potato confers higher tolerance to cadmium stress in tobacco

High concentrations of Cd can inhibit growth and reduce the activity of the photosynthetic apparatus in plants. In several plant species, aldo-keto reductases (AKRs) have been shown to enhance tolerance to various abiotic stresses by scavenging cytotoxic aldehydes; however, few AKRs have been reported to enhance Cd stress tolerance. In this study, the gene IbAKR was isolated from sweet potato. The relative expression levels of IbAKR increased significantly (approximately 3-fold) after exposure to 200 mmol·L⁻¹ CdCl₂ or 10 mmol·L⁻¹ H₂O₂. A subcellular localization assay showed that IbAKR is predominantly located in the nucleus and cytoplasm. IbAKR-overexpressing tobacco plants showed higher tolerance to Cd stress than wild-type (WT). Transgenic lines showed a significant ability to scavenge malondialdehyde (MDA) and methylglyoxal (MG). In addition, proline content and superoxide dismutase activity were significantly higher and H₂O₂ levels were significantly lower in the transgenic plants than in the WT. Quantitative real-time PCR analysis showed that the reactive oxygen species (ROS) scavenging genes encoding guaiacol peroxidase (GPX), ascorbate peroxidase (APX), monodehydroascorbate reductase (MDHAR) and peroxidase (POD) were significantly upregulated in transgenic plants compared to WT under Cd stress. These findings suggest that overexpressing IbAKR enhances tolerance to Cd stress via the scavenging of cytotoxic aldehydes and the activation of the ROS scavenging system.     

镉胁迫对水仙根系抗氧化系统的影响

研究不同质量浓度镉(0、0.5、2、4、8、25mg·L~(-1))对水仙根系膜脂过氧化作用、抗氧化酶和非蛋白巯基的影响,以期为水仙栽培和园林绿化中筛选重金属修复植物提供理论参考和依据。结果表明随着镉处理浓度的增加,与对照相比,根系丙二醛含量增加77.5%到653.5%;4~25mg·L~(-1)镉诱导根系过氧化氢含量显著增加,与对照相比,各处理浓度下过氧化氢含量增加13.4%到44.9%;SOD酶活性随着镉处理浓度升高呈现先下降后升高趋势;POD酶活性随着镉处理浓度的增加而降低,4~25mg·L~(-1)镉诱导根系POD活性显著低于对照,降低幅度为18.7%~48.5%;8~25mg·L~(-1)镉处理诱导GSH含量显著升高,与对照相比分别增加78.1到116.2%;0.5、25mg·L~(-1)镉处理显著降低了根系非蛋白巯基含量,与对照相比降低了29.0到5.4%。由此看出低浓度镉胁迫已对水仙造成氧化胁迫,根系氧化胁迫随着镉处理浓度增加而加重;长期镉胁迫下抗氧化酶活性受到抑制,降低植物抗氧化能力;而高浓度镉胁迫下水仙通过合成GSH提高自身抗逆性。     

硫化氢调节谷子幼苗P-ATPase响应镉胁迫

为了研究H_2S对谷子幼苗中ATPases活性的影响及其与金属转运蛋白HMAs基因表达调控的关系,以及H_2S对谷子幼苗细胞内Cd离子的解毒作用。在Cd胁迫条件下,对可溶性糖和可溶性蛋白以及ATPase活性进行测定,对谷子HMA家族转运蛋白进行系统进化分析并对H_2S对转运蛋白HMAs转录水平的影响进行分析。结果表明,在Cd胁迫条件下,谷子幼苗的可溶性糖和可溶性蛋白含量降低,ATPase活性被抑制,同时HMA家族基因表达量升高;H_2S处理可使可溶性糖含量提高的同时增强ATPase的活性,此外HMA的基因表达量也有相应变化。研究表明,硫化氢可以调节谷子幼苗P-ATPase的表达和活性,进而缓解Cd胁迫对谷子幼苗的毒害作用。     

SO2对谷子幼苗根系镉胁迫的缓解作用

以谷子幼苗为材料,采用SO_2衍生物(SO_3~(2-)∶HSO_3~-,3∶1,mmol·L~(-1)/mmol·L~(-1))预处理方式,研究外源SO_2对镉(Cd)致根系毒性的影响。研究发现:250、500μmol·L~(-1)Cd胁迫下,谷子幼苗根生长受到明显抑制,根组织中活性氧(ROS)大量产生,膜脂过氧化增加;与Cd单独处理组相比,用500μmol·L~(-1)SO_2衍生物预处理后,Cd对根系生长的抑制作用减弱,根组织中ROS水平降低,膜脂氧化损伤减轻,谷胱甘肽(GSH)含量提高,过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)和谷胱甘肽硫转移酶(GST)等酶活性明显增加。结果表明:一定浓度的SO_2衍生物能够通过上调抗氧化酶系统POD和GPX的活性来有效缓解Cd胁迫造成的谷子根系氧化损伤,并很可能通过维持较高的GSH水平和提高GST活性来增强谷子根系的Cd解毒能力。