超积累植物吸收重金属机理的研究进展

综述了近十年来研究超积累植物吸收和储藏重金属的机理以及影响超积累植物吸收重金属的根际环境因素的进展，以期推动国内在这一国际热点领域的研究。     

土施超富集植物秸秆对荠菜生长及镉积累的影响

[目的]研究超富集植物秸秆对富集植物重金属积累的化感作用,为镉污染土壤的植物修复研究提供参考。[方法]通过在镉污染土壤中施用镉超富集植物〔(红果黄鹌菜Youngia erythrocarpa)、三叶鬼针草(Bidens pilosa)、少花龙葵(Solanum americanum)和豨莶(Siegesbeckia orientalis)〕秸秆,研究了4种镉超富集植物秸秆施入土壤对镉富集植物荠菜生长及镉积累的影响。[结果]4种镉超富集植物秸秆施入土壤均提高了荠菜地上部分生物量、总生物量和抗性系数,同时提高了荠菜叶片SPAD值(绿色度)。土施红果黄鹌菜秸秆提高了荠菜根系、茎、叶片及地上部分的镉含量,分别比各自对照高11.81%,102.07%,12.00%和54.95%,同时也提高了土样有效态镉含量,其余3种处理均低于各自对照。土施红果黄鹌菜秸秆的荠菜地上部分和整株的镉积累量均高于对照,分别为42.11和54.74μg/株,比各自对照高83.09%和54.11%,而其余3种处理的镉积累量均低于对照。[结论]土施红果黄鹌菜能够提高荠菜对土壤镉的积累,有利于提高荠菜对镉污染土壤的修复效果。     

超积累植物美洲商陆根中锰的累积与解毒

美洲商陆(Phytolacca am ericanaL·,pokeweed),为商陆科多年生草本植物,因其生长适应性强,生长速度快,特别是其生物量大,具有潜在的土壤重金属污染植物修复应用前景,成为近年来颇受关注的重金属超积累植物[1-4]。关于美洲商陆重金属超积累与耐受机制,是当前环境科学与生物科学领域内的一大研究热点[5-10]。相关研究业已报道了美洲商陆对锰及镉的吸收与累积[2-4],但其重金属耐受机制仍不是十分清楚。通常,对于重金属超积累植物的研究,研究者多将植物分为地上部(茎、叶)与地下部(根),并以地上部为重点关注对象。然而,植物对重金属具有耐受或超累积能力,其根必然发挥着重要作用。     

利用花卉植物修复土壤的研究现状及趋势

利用植物修复受污染的土壤是解决土壤污染的有效途径之一,但目前研究的超积累植物的种类非常少。如果能够在种类繁多的花卉植物中选出需要的植物,不但能够解决土壤修复的植物选择问题,还能提高花卉植物的经济价值和观赏价值。从花卉植物中筛选出超积累植物是目前亟待解决的问题。     

铅污染土壤的植物修复治理技术

铅锌矿的大量开采不可避免地导致了矿区土壤受到严重的铅污染。本文综述了铅对土壤的危害、对植物的毒害作用,铅超富集植物的筛选、影响超富集植物富集铅的因素和超富集植物吸收和积累铅的机制等方面的研究进展,并指出了目前尚未解决的问题及未来发展趋势。     

砷超积累植物粉叶蕨及其对砷的吸收富集研究

采用盆栽模拟试验,研究了澳大利亚蕨类植物粉叶蕨对砷的耐性及吸收富集砷的特征,同时比较了澳大利亚粉叶蕨(Pityrogramma calomelanos(L.)Link var.austroamericana(Domin)Farw)和中国蜈蚣草(Pteris vit-tats L.)在澳大利亚的Kurosol土壤上对As的吸收积累差异及植物修复效率.研究结果表明,在As投加浓度为2 400 μmol/kg时,虽然粉叶蕨的生长受到一定抑制,但仍维持了较高的地上部生物量;地上部As含量达到2438.33 mg/kg DW时,超过了砷超积累植物的临界含量标准(1 000 mg/kg);地上部As积累量为21.6 mg/株DW时,地上部对As的生物富集系数为18.6,地上部As含量大于根系As含量,基本符合As超积累植物的基本特征.与As超积累植物蜈蚣草相比较,暴露在As浓度为2 400 μmol/kg环境时,中国蜈蚣草对砷的耐性、地上部As含量及生物富集等方面均明显优于澳大利亚粉叶蕨,其地上部As含量和积累量分别为2 936.13 mg/kgDW和41.1 mg/株DW.     

重金属污染土壤的螫合剂诱导植物修复研究进展

植物修复作为一种生态友好型原位绿色修复技术成为重金属污染土壤修复研究的热点。然而,目前最具有推广价值的超积累植物因生物量低、生长缓慢、对重金属的积累具有专一性等缺点,大大限制了植物修复技术在重金属污染尤其是复合重金属污染土壤治理方面的推广应用。利用生长速度快、生物量大的普通植物借助其它技术辅助的联合植物修复便成了有效可行的替代途径和研究焦点。近年来,金属螯合剂诱导的化学一植物联合修复技术备受关注。本文综述了螯合剂诱导植物修复技术的研究进展、修复机理和目前存在的问题,并对该项技术的未来研究方向给予了展望。     

重金属污染土壤的螯合剂诱导植物修复研究进展

植物修复作为一种生态友好型原位绿色修复技术成为重金属污染土壤修复研究的热点。然而,目前最具有推广价值的超积累植物因生物量低、生长缓慢、对重金属的积累具有专一性等缺点,大大限制了植物修复技术在重金属污染尤其是复合重金属污染土壤治理方面的推广应用。利用生长速度快、生物量大的普通植物借助其它技术辅助的联合植物修复便成了有效可行的替代途径和研究焦点。近年来,金属螯合剂诱导的化学-植物联合修复技术备受关注。本文综述了螯合剂诱导植物修复技术的研究进展、修复机理和目前存在的问题,并对该项技术的未来研究方向给予了展望。     

超积累植物东南景天根际土壤酶活性研究

通过野外调查和盆栽试验研究了超积累植物东南景天根际土壤酶活性变化及其与重金属有效态的关系。研究结果表明,在矿山土壤、重度污染土壤和轻度污染土壤上,种植超积累生态型东南景天后,根际土壤有效态Zn分别比非根际减少了14.3%,7.9%和47.4%,有效态Cd分别比非根际减少25.1%,21.9%和20%。在铅锌矿区,东南景天生长地段土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶、脱氢酶活性高于其它植物生长地段。在矿山土壤和重度污染土壤中,超积累生态型东南景天根际土壤酶活性明显高于非根际土壤,同时也高于非超积累生态型根际土壤。Pb、Zn、Cd、Cu4种重金属对东南景天根际土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶活性均有抑制作用,而Pb对磷酸酶有一定的刺激作用。东南景天根际土壤脱氢酶、酸性磷酸酶活性与重金属有效态含量呈极显著相关。     

铅污染土壤的植物修复技术研究

量大面广的铅污染土壤已成为国内外环境保护与治理中不可忽视的问题,植物修复技术在治理铅污染土壤方面具有多种优势。综述了植物修复技术的特点及类型、目前已发现的铅超富集植物及其筛选方法、植物富集铅能力的影响因素和铅超富集植物耐性和积累机制等方面的研究进展,并指出了目前尚未解决的问题及未来发展趋势。     

铀对植物的胁迫效应研究进展

铀是一种具有较高化学毒性的放射性核素。铀矿开采、核事故泄露、核废物的不恰当处理等会对周围土壤造成放射性污染。植物体内富集的铀可通过食物链进入人体,从而对人体健康造成伤害。国内外学者针对铀污染土壤的植物修复技术开展了一系列研究工作。本研究系统地总结了铀对植物胁迫效应的研究进展,主要包括铀对植物生长发育、生理生化、基因毒害、水分代谢和营养代谢等方面的影响。并结合当前研究现状,对未来的研究方向进行了展望。本研究结果为进一步阐释富集植物对铀的吸收和转运机制,以及铀污染土壤的植物修复提供了理论依据,对于监测治理铀污染土壤和保护生态环境具有重要意义。     

大型真菌重金属富集能力与机制研究进展

部分大型真菌有媲美甚至超过超累积植物的重金属富集能力,如蛹虫草(Cordyceps militaris)对Zn富集浓度可达20 000mg·kg-1以上,因而在污染环境的生态修复方面有着重要的应用前景。本文综述了近年报道的部分大型真菌的重金属富集能力,分析了不同生长时期、生长部位对重金属的富集特性,并对不同品种做了对比分析。大型真菌对自身重金属富集能力的调控有多种机制,包括胞外聚合物沉淀、细胞壁吸附和细胞内吸收,进入细胞的重金属可通过螯合、转运或引起氧化胁迫应激等途径来降低对细胞的毒害。基于大型真菌重金属富集能力强的优势,本文提出了拓展应用的方向及对目前存在问题的若干对策,从而为国内这一方向的发展提供参考。     

里氏木霉FS10-C对伴矿景天吸取修复镉污染土壤的强化作用

为提高伴矿景天对Cd污染土壤的修复效果,通过盆栽模拟试验,研究了木霉(Trichoderma)对伴矿景天生和Cd修复效率的影响.结果表明:Cd的加入抑制了伴矿景天的生长;伴矿景天在Cd含量为5 mg/kg模拟污染土壤中对Cd提取效率最高.在不同Cd污染水平下,里氏木霉(T.reesei)FS10-C使伴矿景天地上部干重比对照组增加了17.1％ ～42.5％,显著提高伴矿景天地上部对Cd的积累;在15 mg/kg Cd处理下,里氏木霉FS10-C处理组植物地上部Cd积累量高于对照组46.2％但对于土壤中NH4OAc提取态Cd含量影响不显著.说明里氏木霉FS10-C能提高伴矿景天对Cd的抗性,增加其生物量,从提高其修复效率.因此,里氏木霉FS10-C具有强化伴矿景天修复Cd污染土壤的应用潜力.     

圆叶决明（Chamaecrista rotundifolia）对重金属镉胁迫的响应及镉吸收效果研究

以圆叶决明2228（Chamaecrista rotundifolia）为材料,采用土培法,研究重金属镉对圆叶决明2228保护酶（SOD和POD）、生长（生物量、株高、SPAD值和含水量等）的影响,同时分析圆叶决明对镉的吸收效果。结果表明,重金属镉胁迫下圆叶决明2228保护酶活性均随着镉处理浓度的升高呈先升后降的趋势,其中20mg·kg^-1镉胁迫下SOD酶活性最强,50mg·kg^-1镉胁迫下POD酶活性最强;镉对圆叶决明的生长抑制表现为抑制植物的生长,降低株高和生物量,但与叶绿素相关的SPAD值无显著变化。通过镉含量分析可知,圆叶决明2228吸收的镉量均未超过镉临界指标含量,因此该植物不是镉超富集植物,但生物富集系数大于1,为镉耐性植物。由于圆叶决明生长过程中生物量大,在生长过程中可通过生物量带走部分重金属镉,圆叶决明2228具有修复轻度镉污染土壤的潜能。     

Impact of plants on the microbial activity in soils with high and low levels of copper

Elevated copper (Cu) concentrations have been shown to decrease the microbial activity in soils. Plants can have beneficial effects on the biological activity of soils mainly through their root exudates. In this study we investigated the impact of various plant species with different Cu tolerance levels on the microbial activity in two soils with low (10 mg/kg) and high (180 mg/kg) copper concentrations. The soil was a Kahangi Sandy Loam. Three different plants, Agrostis capillaris ‘Parys’ tolerant for Cu, Agrostis capillaris ‘Highland’ non-tolerant and Helianthus annuus tolerant and a hyper-accumulator for Cu were used. To increase the Cu availability to plants, EDTA was added to some of the pots 20 days after sowing. The effect of Cu contamination on the biological activity of soil in the presence and absence of plant growth was evaluated by measuring the dehydrogenase activity, the microbial biomass, the basal respiration, and the potential nitrification.Results show that plants increased the microbial activity in the low Cu soil. In the high Cu soil the microbial activity seemed to be related to the plant health. With the Cu-tolerant Agrostis capillaris ‘Parys’, the microbial activity increased faster than with the other plant species. Up to 50 days after sowing, the tolerant grass Agrostis capillaris ‘Parys’ had a higher plant biomass and was much healthier than the non-tolerant grass. Later on the growth of the non-tolerant Agrostis capillaris ‘Highland’ recovered, and the microbial activity of the soil reached close to those recorded for the soil treatments with the Cu-tolerant plant species. The addition of EDTA delayed the increase in microbial activity even further. The proportion of microbial biomass carbon in the organic fraction was higher in the low Cu soil than in the high Cu soil, with ratios ranging from 1.3 to 3.3 and from 0.5 to 1.7 respectively. The basal respiration rate in the original soil was significantly lower in the high Cu soil than in the low Cu soil, and was generally increased by the presence of plants.     

重金属超富集植物龙葵对镉响应的蛋白组学分析

龙葵是典型的重金属超富集植物,但是我们对其重金属耐受和超富集的分子机理仍不完全清楚。为了从蛋白组学层面探究重金属超富集植物龙葵如何响应金属镉,本研究采用双向电泳和MALDI-TOF MS分析方法,鉴定了重金属超富集植物龙葵叶片和根中Cd胁迫下差异表达的蛋白。双向电泳在根和叶片中分别至少得到927和1 025个蛋白点,其中Cd胁迫下差异表达的蛋白点在根中有45个,叶片中有57个。采用MALDITOF MS分析,在根和叶片中分别鉴定了9个和12个蛋白点,分别代表了9个和6个差异表达的蛋白。生物信息学分析表明,这些蛋白涉及到激素合成、防御响应、能量代谢和细胞结构等。这些结果为进一步揭示重金属超富集植物龙葵响应Cd胁迫的分子调节机制,以及为通过现代生物技术手段进行重金属污染的植物修复提供了理论依据。     

可溶性磷肥对重金属复合污染土壤东南景天提取锌/镉及其养分积累的影响

施肥能显著提高植物产量,改变土壤环境中元素的生物有效性,已成为植物修复过程中必要的强化措施。针对长期自然老化的重金属复合污染土壤,采用盆栽试验研究了KH2PO4、Ca(H2PO4)2、NaH2PO4和NH4H2PO4在P2O5 0～352 mg/kg时,对东南景天（Sedum alfredii H.）地上部锌（Zn）、镉（Cd）积累和养分元素吸收的影响。结果表明,外源施入磷酸二氢盐促进了东南景天生长,P2O5 352 mg/kg显著增加了地上部干物质重;地上部磷（P）含量显著增加,Zn含量随着P浓度的增加而显著升高,而Cd含量显著下降。磷肥降低了植物地上部氮（N）、中量元素钙（Ca）、镁（Mg）、硫（S）和微量元素锰（Mn）、铁（Fe）、铜（Cu）的含量,对钾（K）含量的影响不显著,地上部总碳（C）含量随P浓度增加而升高。一季收获后,东南景天地上部对Zn的提取量在施P2O5 88和352 mg/kg时显著增加,Cd提取量仅在高浓度时显著升高。KH2PO4和NH4H2PO4两种磷肥在施P2O5 352 mg/kg时对东南景天提取土壤Zn、Cd的效果最为明显,可在实际修复应用中使用。因此,合理磷酸盐施用能增加植物对C的生物固定,提高东南景天对Zn/Cd复合污染土壤的修复效率,缩短修复周期。     

黄土高原经济植物资源的保护性开发对策

针对黄土高原经济植物资源的开发利用现状及历史,分析了黄土高原经济植物资源的保护性开发原则。(1)继续实施植被建设工程,促进生态环境的改善与重建;(2)在政府统一管理下,适度开发野生资源,建立经济植物生产基地;(3)开发植物资源综合利用的高新技术和先进实用技术。实现这一目标的具体对策是:加强珍稀濒危的经济植物的保护生物学研究,并建立各类野生经济植物园;加强经济植物的引种驯化、品种选育工作,建立经济植物良种苗木繁育基地和推广体系;加强经济植物的加工技术研究,建设经济植物的加工业,对次级产品进行市场化、产业化。     

荒漠植物构型研究进展

基于植物构型的内涵,评述了植物构件研究现状、荒漠植物构型研究现状和荒漠植物构型模型及可视化方面的研究,并指出和归纳了荒漠植物构型研究存在的问题,展望了荒漠植物构型的研究趋势。指出在未来荒漠植物构型研究中应加强与土壤学、气象学、生态学等多学科交叉研究。探讨荒漠植物构型与环境因子的相互作用规律,揭示植物结构-功能特征及其对环境的响应与适应机理。构建荒漠植物生长的构型模型,从而为荒漠地区种群、群落、甚至生态系统的结构、功能的研究提供理论基础。     

近期激光对植物生长调节效应的研究进展

分析了激光对植物生长调节效应的研究进展,发现研究明显具有以下特点:早期研究主要集中在激光预处理种子对种子萌发、幼苗生长发育、生理生化效应的影响以及激光处理机制的初步讨论;近年来的研究集中于激光处理对环境胁迫下植物生理生化效应影响,环境胁迫因子涉及增强UV-B辐射、干旱与冷冻,其中多数研究集中于激光对增强UV-B辐射下植物生理生化效应的影响,发现激光能增强植物抗UV-B辐射损伤,提高植物抗干旱逆境及抗冷冻能力,并对其作用机理及机制进行了探讨。今后可围绕全球生态环境变化背景下,激光处理对植物生理生化效应的影响进行研究,并深入研究激光影响的分子生物学机制机理。