植物重金属转运蛋白及其在植物修复中的应用

植物修复技术已成为解决土壤重金属污染的一个绿色环保方法。利用基因工程和分子生物学技术,已经鉴定出一系列与重金属转运相关的蛋白及基因,包括ZIP家族、ABC载体、有机汞裂解酶基因merB、Hg离子还原酶基因merA和金属S蛋白基因MT等。本文着重从细胞、亚细胞水平上综述了一系列重金属转运蛋白的相关分子生物学研究进展及其在植物修复上的应用。     

螯合剂在重金属污染土壤植物修复中的应用研究进展

重金属污染土壤的植物提取修复强化途径主要有2种,一是提高植物生物量,二是提高植物体内重金属含量。从螯合剂的作用机理,常用螯合剂种类,不同种类螯合剂对土壤中目标重金属的活化效果,以及螯合剂诱导下植物对目标重金属的吸收和积累效应,螯合剂使用对生态环境造成的负面影响等方面综述了重金属污染土壤螯合诱导强化植物提取修复技术的研究进展,同时对植物修复后的评价以及螯合诱导植物修复技术今后的发展方向进行了探讨。     

麻疯树复垦酸性矿山废弃地及其生长影响因子研究

粤北大宝山矿开采产生大量的毒性金属,严重地威胁着矿区周边地区的土壤和水体环境[1],给矿区周边居民的身体健康造成巨大威胁[2]。因此,解决大宝山矿区周边环境的重金属污染已刻不容缓。目前,在矿山重金属污染土壤的修复技术中,植物复垦因具有成本低、效益高的优点而成为合适的修复技术[3]。其可以通过向土壤中添加改良剂来降低金属迁移和生物有效性,并通过所种植的金属耐性植物的根部积累、表面吸附或根际沉积作用来稳定土壤中的重金属,从而降低人类或动物接触重金属污染物的风险[3-4]。理想的耐性植物应该能耐受极端环境、具有非食用性及经济价值的特点,然而目前这类植物的报道较少[5]。麻疯树(Jatro-pha c     

印度芥菜(Brassica juncea L.)重金属耐性机理研究进展

印度芥菜可富集/忍耐Cd、Zn 等多种重金属, 是研究植物修复技术的一种模式植物。高浓度的重金属离子会改变植物的基因表达、细胞形态、细胞结构, 最终使植物生长受抑, 甚至死亡。印度芥菜高效的抗氧化系统、损伤修复系统以及对重金属的螯合、区域化可部分解除重金属的毒性, 缓解重金属离子的毒害作用。利用基因工程技术在印度芥菜中导入重金属耐性及运输相关基因可大幅度提高其重金属富集能力, 在重金属污染修复方面具有广阔的应用前景。     

湿地植物通气组织和渗氧对其重金属吸收和耐性研究进展

湿地植物具有强大的通气组织和根部渗氧能力特征,使得其根际微环境处于氧化状态从而适应湿地土壤浸水的环境。近年来,湿地植物通气组织和渗氧在重金属吸收和耐性研究方面已引起了人们的关注,并对此进行了相关的研究。本文分别对湿地植物通气组织和渗氧特征,通气组织和渗氧对重金属吸收和耐性影响、对根际微环境影响等方面的研究进展和存在问题进行了综述,并提出了该领域未来可能的研究方向。认为针对从通气组织和渗氧角度出发研究湿地植物重金属耐性机理,应重点对湿地植物根际重金属的环境化学行为展开深入研究,在研究方法和手段上应注重新技术的开发与应用。     

云南部分矿区及尾矿土壤和植物Cd污染调查分析

对采集的个旧与兰坪矿区不同的土壤上生长的3科7个种植物及相应的土样Cd含量进行了分析。结果表明,矿区各区域的土壤都受到不同程度的Cd污染,但不同区域受污染的程度不一;不同植物体内Cd含量差异显著,其中以蓖麻含Cd量最高,其次为水杨梅,两者Cd含量基本达到Cd超富集植物含Cd量,具有Cd污染土壤植物修复的潜力;除水杨梅外,其余植物地上部分Cd含量均低于地下部分Cd含量。说明矿区及尾矿上生长的植物并非都具有超富集能力,但均具有较强的重金属污染耐性。     

贵州草海流域不同功能区土壤-植物系统重金属迁移与富集特征

以草海流域不同功能区土壤及优势植物为研究对象,对比研究草海流域不同功能区土壤与植物中As、Cd、Cu、Cr、Pb和Zn 6种重金属的污染程度及其在土壤-植物系统中的迁移、富集特征。结果表明:草海流域4个功能区受到Cd和Zn的污染较为严重,As为轻度污染,Cr、Cu、Pb和As各个功能区污染程度不同;不同植物体内重金属含量差异显著,同种植物不同部位重金属规律为:根茎叶;7种优势植物中迁移特征和富集系数差别较大,只有狐尾藻对重金属Cu的富集系数大于1,其余植物对6种重金属的富集系数均小于1,可将狐尾藻作为草海流域典型的重金属耐性先锋植物;植物Cr和土壤Cr成极显著正相关,植物Zn和土壤Zn成显著正相关,植物Cd和土壤Zn成极显著正相关。     

内外生菌根真菌对重金属的耐受性及机理

本文从内外生菌根真菌对重金属的耐受性和耐受机理,以及将菌根真菌作为重金属污染程度的生物指示剂和重金属生物修复等方面对菌根真菌和重金属的相互作用作了较全面的论述。重金属对生物圈的污染是一个严重的环境和健康问题。某些内外生菌根真菌对重金属具有耐受性。菌根真菌菌丝能与金属相结合而限制它们向菌根植物地上部迁移,从而可达到植物稳定和保护植物免遭重金属毒害的目的。内外生菌根真菌对重金属的耐受性因菌种、重金属种类和浓度、与宿主植物共生与否以及所生长的土壤条件等而异,同时种内菌株之间也有差异。菌根真菌通过离子交换,络合物的形成,沉淀或结晶化作用等方式获得对重金属的耐受性,其子实体内重金属含量,繁殖体密度和侵染势可作为重金属污染程度的生物指示剂。     

土壤—植物系统中重金属污染的治理途径及其研究展望

由于工业“三废”的排放,使农田遭受不同程度重金属的污染,重金属通过在作物体内富集进入食物链,对人畜健康构成了威胁。文章对土壤重金属的污染现状、治理途径及其原理、优缺点、可行性作了简要的回顾,对土壤重金属污染植物修复技术类型、原理、特点以及基因工程等现代生物技术在重金属污染植物修复技术中的应用前景作了进一步的展望,为实现对重金属污染土壤进行有效的生态整治与安全高效益的利用提供了新的技术途径。     

金属硫蛋白作为重金属污染生物标志物的研究进展

金属硫蛋白（MT）是一类普遍存在于生物体内的低分子量、富含半胱氨酸、热稳定性、可诱导型非酶蛋白,具有维持生物体内金属含量动态平衡和重金属解毒作用双重机制。大量研究表明,MT可作为重金属污染的生物标志物,用来预测生物体受重金属暴露的状况和重金属污染的压力,且对制定预防性的管理措施、及时监控环境污染皆具有重要的现实意义。本文根据国内外文献资料查阅及综合分析,主要阐述了金属硫蛋白的基本结构、多态性、生理功能及其作为生物标志物在环境污染检测与诊断方面的研究与应用,并展望其今后研究方向。     

Phytoremediation Technology: Hyper-accumulation Metals in Plants

This paper reviews key aspects of phytoremediation technology and the biological mechanisms underlying phytoremediation. Current knowledge regarding the application of phytoremediation in alleviating heavy metal toxicity is summarized highlighting the relative merits of different options. The results reveal a cutting edge application of emerging strategies and technologies to problems of heavy metals in soil. Progress in phytoremediation is hindered by a lack of understanding of complex interactions in the rhizosphere and plant based interactions which allow metal translocation and accumulation in plants. The evolution of physiological and molecular mechanisms of phytoremediation, together with recently-developed biological and engineering strategies, has helped to improve the performance of both heavy metal phytoextraction and phytostabilization. The results reveal that phytoremediation includes a variety of remediation techniques which include many treatment strategies leading to contaminant degradation, removal (through accumulation or dissipation), or immobilization. For each of these processes, we review what is known for metal pollutants, gaps in knowledge, and the practical implications for phytoremediation strategies.     

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。     

Improving Genetic Engineering Secondary Education Through a Classroom-Ready Online Resource

Genetic engineering has long been used in food production in the United States. However, consumers' science literacy in genetic engineering is poor. Teacher knowledge, time, and resources are lacking in science curriculums on genetic engineering. Through interviews conducted with six high school agriculture teachers we show how a new online resource, The Journey of a Gene, addresses these barriers to help improve their knowledge and increase time spent on genetic engineering. The positive outcomes support funding for genetic engineering education. Education is key to help consumers make informed purchasing decisions and societal decisions about advancing genetic engineering research.     

T-DNA插入突变在植物营养研究中的应用

随着拟南芥整个基因组序列测定的完成,T-DNA插入形成的功能缺失(Loss-of-function)突变体和功能获得型(Gain-of-function)突变体,已经越来越多地运用到植物的各种代谢研究中。它可以作为有效的工具从基因的结构、功能、表达上来了解植物营养机制,从而为遗传工程改良植物本身的营养特性来适应贫瘠、盐碱化、酸害以及重金属危害等不良的土壤环境提供了条件。本文综述了T-DNA的结构、转化过程、侧翼序列的获得,以及T-DNA插入诱变在植物营养胁迫研究中的应用。     

Beneficial effects of silicon on abiotic stress tolerance in legumes

Soil salinity, drought, metal toxicity, and ultraviolet-B radiation were major abiotic stresses that limit plant growth and productivity by disrupting the plants' cellular ionic and osmotic balance; legumes, a diverse plant family, suffered from these abiotic stresses. Although silicon (Si) is generally considered non-essential for plant growth and development, Si uptake by plants could facilitate plant growth by reducing biotic and abiotic stresses. There is however, a lack of systematic study on Si uptake benefits and mechanism on legumes because legumes reject Si uptake. Here, we reviewed the beneficial role of Si in enhancing abiotic stress tolerance in legumes and highlighted the mechanisms through which Si could improve abiotic stress tolerance in legumes. Future research needs for Si mediated alleviation of abiotic stresses in legumes are also discussed.     

涉县旱作梯田系统农业物种及遗传多样性保护与利用

农业生物多样性的研究和保护是全球重要农业文化遗产保护的核心要素。以王金庄为核心的涉县旱作梯田系统2014年被认定为中国重要农业文化遗产,研究其农业生物多样性,可为涉县旱作梯田系统的保护与利用提供依据,为农业文化遗产地农业生物多样性农家就地保护提供参考。本文通过对传统农家品种普查收集与入户访谈、田间调查与种植鉴定,系统研究了涉县旱作梯田系统的农业物种和传统农家品种以及由此形成的保护与利用经验与技术。研究发现涉县旱作梯田系统种植或管理的农业物种26科57属77种,其中粮食作物15种、蔬菜作物31种、油料作物5种、干鲜果14种、药用植物以及纤维烟草等12种。共有包括171个传统农家品种,其中粮食作物62个、蔬菜作物57个、干鲜果品33个、油料作物7个、药用植物和纤维烟草12个。这些农业物种及传统农家品种,通过混合种植、轮作倒茬、间作套种、优中选优等一系列保护与利用技术被活态传承和保护。但随着城镇化和现代农业的快速推进,涉县旱作梯田系统农业生物多样性保护与利用正面临着主体缺失、技术失传、传统农家品种名称混乱、种质退化以及单一化种植造成的品种多样性丧失、单一追求产量造成适应性强的品种资源丧失、农民生计方式多样化造成梯田农业的弱化、传统农家品种生产比较效益低和重要性认识不足等问题,针对这些问题提出了建立动态保护与适应性管理机制、发展特色产业、激发农民内生动力、组织开展资源普查并建立社区种子库与农民自留种相结合的传统农家品种就地活态保护机制等对策与建议。     

土壤重金属污染的植物修复与金属超富集植物及其遗传工程研究

本文综述了土壤重金属污染的植物修复、金属超富集植物及其遗传工程的最新研究进展及存在问题,并提出加紧筛选和发现野生高生物量的金属超富集植物,在现有高生物量作物种质资源中筛选金属超富集作物,应用遗传工程技术把野生植物的超富集基因转移到现有高生物量植物(作物)中,寻找综合、可持续的植物修复手段等对策。     

A study on the effect of cadmium on the antioxidative defense system and alteration in different functional groups in castor bean and Indian mustard

The present study was planned to delineate the role of antioxidants and different functional groups of Ricinus communis and Brassica juncea in the tolerance mechanisms toward cadmium (Cd) for phytoremediation. Application of Cd caused a reduction in dry biomass of 53.84% and 26.58% in root and 45.33% and 33.84% in shoots of B. juncea and R. communis, respectively. Antioxidant enzymes, namely superoxide dismutase, catalase, ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, glutathione reductase and glutathione-S-transferase, and metabolites (proline) increased in both the species due to Cd exposure. The metal caused substantial changes in the functional groups present in the roots and leaves of the plants. A number of new peaks appeared in the Cd-treated plants, which indicate the production of the compounds responsible for the metal tolerance of these plants. R. communis has been found to possess a good antioxidant defense system against Cd stress and may be used for the phytoremediation of metal-contaminated soils in place of edible crops, which enhance the risk of contaminating the food chain. It has been observed that R. communis accumulated 213.39 and 335.68 mg Cd in roots and shoots, respectively, whereas B. juncea accumulated 28.19 and 310.15 mg Cd in the roots and shoots, respectively.     

Determination of heavy metals in municipal sewage plant sludges by neutron activation analysis

Research is presented which deals with the use of Neutron Activation Analysis (NAA) to scan sewage sludges for their trace metal content. Of special interest are the metals Hg, Se, Cr, Sb, Co and Fe which are highlighted in sludges from six North Carolina cities that represent the spectrum of rural to heavily industrialized pollution sources. Trace metal content variations and possible meanings for these variations are presented along with the precision and potential of NAA for trace metal scanning.