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。     

镉(Cd)胁迫对枇杷生长和光合速率的影响

采用塑料袋营养土栽培试验方法,研究了Cd对枇杷苗生长和光合速率的影响。结果表明,高浓度的Cd对枇杷的生长有显著的抑制作用,且随着Cd浓度的增加,这种抑制作用愈明显。300、400、500 mg.L-1Cd处理使根系生物量分别比对照下降了35.75%、38.78%、43.04%,茎生物量分别比对照下降了29.84%、34.31%、37.93%,叶生物量则分别比对照下降了31.06%、34.83%、39.57%,并且使根的含水量分别比对照下降了9.27%、11.78%、12.91%,茎的含水量分别比对照下降了11.97%、12.24%、15.34%,叶的含水量分别比对照下降了10.61%、15.57%、18.50%。枇杷对Cd的敏感程度表现为根>叶>茎。Cd胁迫使枇杷叶片叶绿素以及类胡萝卜素含量下降,叶绿素b比叶绿素a和类胡萝卜素(Car)更容易受到伤害,叶绿素b、类胡萝卜素的含量基本同步减少。Cd胁迫影响枇杷叶片的光合作用,造成光合效率的降低,净光合速率下降。     

Cd胁迫对银中杨幼苗金属元素代谢及其氧化应激的影响

为了探究镉（Cd）胁迫对木本植物生长发育和生理特性的影响,以一年生盆栽银中杨（Populus alba × P. berolinensis）为研究对象,在土壤基质中添加4种含量的Cd （0、0.5、1.5或2.5 mg·kg^-1 土壤）,分析Cd处理下银中杨的生长状况,以及叶片的必需金属营养元素、氧化损伤、抗氧化酶和非酶类抗氧化剂的含量或活性。在Cd各含量处理下,银中杨苗木的生长量和生物量均受到显著抑制,表现为苗高、根长和地径,以及叶、茎、根鲜重和干重均显著低于对照 （P < 0.05）。Cd处理显著提高银中杨叶片对Cd的富集含量,并显著扰乱银中杨叶片金属营养元素K、Ca、Cu、Zn、Mn和Mg的代谢平衡 （P < 0.05）。在Cd处理后的第30、40或50天,银中杨幼苗叶片中的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶活性和丙二醛含量均显著升高 （P < 0.05）,且各指标值在3个采样日期均与Cd含量呈正相关性。此外,Cd各处理组次生代谢产物（黄酮类和木质素）的含量,以及参与次生代谢的2种关键酶（苯丙氨酸解氨酶和多酚氧化酶）的活性均显著增加 （P < 0.05）。Cd胁迫通过氧化损伤导致银中杨幼苗生长迟缓和营养元素代谢紊乱;银中杨的抗氧化防御系统被激活,在一定程度上缓解了Cd暴露对其造成的毒性效应。     

植物DNA错配修复系统响应Cd胁迫的研究进展

Cd胁迫下植物细胞内会出现不同形式的DNA损伤(如碱基错配、DNA单/双链断裂和甲基化),DNA损伤会迅速诱导DNA损伤响应(DDR)信号,如ATM、ATR及其下游的信号通路包括细胞周期阻滞、细胞内复制、细胞凋亡以及不同形式的DNA修复途径(如同源重组修复HR、DNA错配修复MMR)。植物细胞DNA MMR系统中的异源二聚体MutSα(MSH2/MSH6)、MutSβ(MSH2/MSH3)、MutSg(MSH2/MSH7)、MutLα(MLH1/PMS1)与有关酶如增殖细胞核抗原(PCNA)、DNA复制因子C(RFC)、DNA核酸外切酶1(EXO1)、单链结合蛋白(RPA)、核酸内切酶FEN1、DNA聚合酶delta(d)和DNA连接酶相互作用,启动DNA MMR反应,从而在感知Cd诱导的DNA损伤、修复DNA损伤、激活细胞周期检验点、确保基因组DNA的稳定性和DNA复制的精确性等方面发挥关键作用。然而,MutS缺失的植物细胞会绕过DNA MMR系统参与的细胞周期阻滞,从而严重影响植物的耐Cd性能。本文重点介绍了植物DNA MMR系统对Cd胁迫的响应以及表观遗传对DNA MMR系统的调控作用机理。     

紫花苜蓿对Cd胁迫的响应及品种差异研究进展

为利用紫花苜蓿对Cd污染土壤进行修复和综合利用提供理论基础。综述了紫花苜蓿对Cd胁迫的响应,包括:紫花苜蓿的生长对Cd的响应存在"低促高抑"现象;紫花苜蓿对Cd吸收的可能途径包括根表皮质膜的H+交换、Ca~(2+)和Mg~(2+)阳离子通道,根际环境和Cd元素在土壤中的有效态等因素会影响紫花苜蓿对Cd的吸收;在Cd由根部向地上部转运的过程中,随着土壤Cd含量的增加,更多的Cd被累积在紫花苜蓿的根部;紫花苜蓿应对土壤Cd胁迫的调控机理包括信号分子调控、抗氧化系统调控、生物巯基化合物对Cd的螯合、调节Cd的亚细胞分布和耐Cd基因的表达等多个方面。总结了紫花苜蓿对Cd胁迫响应的品种差异,主要表现在:种子萌发和幼苗生长;根瘤生长、植株形态和生物量;生理指标;对Cd的吸收与累积等方面。今后的研究工作可重点关注品种差异评判标准的建立、差异显著品种的系统筛选、在分子水平上的响应机理及品种差异机理的分析等方面。     

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。     

植物低温胁迫响应机理的研究进展

温度是影响植物生长发育的重要环境因子。低温是一个主要的逆境因子,限制植物生长和分布,是农业生产中经常发生的自然灾害。综述了近年来国内外有关低温胁迫下植物的形态特征、渗透调节物质、膜系统、抗氧化系统和基因等的研究进展,并探讨了今后植物耐寒性的研究方向,旨在为植物耐寒育种实践提供重要的理论依据。     

Spd浸种对Cd胁迫下油菜幼苗的抗氧化系统的影响

采用水培试验,研究了0.20mmol·L-1Cd2+浓度下,0.10mmol·L-1亚精胺(Spd)浸种处理对油菜幼苗叶片抗氧化系统的影响。结果表明,Cd胁迫使油菜幼苗叶片褪绿,叶绿素总量及叶绿素a/b含量与对照相比极显著降低,Spd浸种处理可显著逆转这一变化,缓解叶片的褪绿现象。与Cd处理相比,Spd浸种显著或极显著提高了油菜幼苗中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性和可溶性蛋白、谷胱甘肽(GSH)含量,从而降低了丙二醛(MDA)含量,极显著降低了超氧阴离子(O-2·)含量,缓解了Cd的氧化胁迫作用。总之,Spd浸种处理通过提高Cd胁迫下植株体内抗氧化酶及抗氧化剂活性,降低活性氧(ROS)水平来缓解重金属胁迫对油菜幼苗的伤害,提高幼苗的耐重金属能力。     

Cd2+和Cu2+对美人蕉的氧化胁迫及抗性机理研究

通过测定植物的丙二醛(MDA)含量、酸溶性SH含量以及两种抗氧化酶(超氧化物歧化酶SOD和愈创木酚过氧化物酶GPX)的酶活,研究了重金属镉(Cd)和铜(Cu)对美人蕉(Cannaindica Linn.)的氧化胁迫。结果表明,20μmol·L~(-1)和100μmol·L~(-1)的Cd~(2 )和Cu~(2 )均使其根部MDA含量显著增加,但除了100μmol·L~(-1)的Cd~(2 ),叶部MDA含量无明显变化。与Cu~(2 )相比,Cd~(2 )能引起植物根部GSH的明显提高,并能诱导PCs的产生。Cd~(2 )使根部SOD活性明显增加,Cu~(2 )对其活性无明显影响。两种重金属均使其根部GPX活性显著增加。对于叶,重金属胁迫能增加GPX的活性,但对SOD活性的影响不明显。以上结果表明,重金属镉和铜对美人蕉具有氧化胁迫作用,而美人蕉具有缓解重金属胁迫的解毒机制,诱导PCs解毒,同时它能通过调节抗氧化物酶的活性增强其抗氧化胁迫的能力,这为该植物作为中低浓度镉和铜污染水体的修复植物种类应用提供了可能。     

Cd胁迫下绿豆和箭舌豌豆叶片抗氧化系统的变化

研究了Cd胁迫下绿豆(Phaseolus aureus)和箭舌豌豆(Vicia sativa)幼苗的生长,叶片内过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、超氧化岐化酶(SOD)、愈创木酚过氧化物酶(GPOD)和谷胱甘肽还原酶(GR)的同工酶活性,还原性谷胱甘肽(GSH)和抗坏血酸(ASC)以及Cd含量的变化。结果显示,100μmol.L-1Cd胁迫9d期间,随着Cd胁迫时间的延长,绿豆和箭舌豌豆幼苗主根的伸长量和其根系干重显著降低(P<0.05),根表面出现越来越明显的褐色,绿豆叶表面出现可见的褐色斑点;两种植物叶片的CAT、APX和SOD同工酶活性以及绿豆叶片的GR活性呈先升后降的趋势,而两种植物叶的GPOD活性明显增加;在箭舌豌豆叶片中,GR活性随Cd暴露时间的延长而增加,而GSH先降后升;在绿豆叶片中,GSH和ASC随Cd暴露时间的延长而降低;与此同时,两种植物叶片中Cd的含量也随Cd胁迫时间的延长而增加,和箭舌豌豆相比,绿豆叶片中Cd含量增加更多。结果表明,箭舌豌豆有较强的抗氧化能力。     

Cd单一及其与Pb复合胁迫对银杏叶抗氧化保护酶活性的影响

采用完全随机试验设计和温室盆栽试验方法,研究了Cd单一及其与Pb复合胁迫对银杏叶抗氧化保护酶活性的影响.结果表明,超氧化物歧化酶(SOD) 活性在胁迫30 d后明显上升,且随胁迫浓度的增大而升高,至82 d时达到最大值后下降;过氧化氢酶(CAT)活性则在胁迫50 d后显著上升,82 d时达到最大值,总的变化趋势也表现为先应激性上升后明显下降的动态过程;过氧化物酶(POD)活性均高于对照.Cd、Pb间的交互相效应对SOD、POD和CAT等抗氧化酶活性的影响规律性不明显,在一定程度上表现出协同或拮抗效应.在重金属胁迫下,银杏可能通过抗氧化保护酶系统等生理防卫机制表现出较强的耐性.     

外源NO对重金属Cd胁迫下亚麻幼苗叶片抗氧化能力的影响

为探讨NO对CdCl2胁迫下的亚麻幼苗叶片抗氧化能力的影响,以‘天亚2号’为供试材料,采用不同浓度(0.1、0.5、1.0mmol/L)外源NO供体SNP处理0.1mmol/L CdCl2胁迫下的亚麻幼苗,分别于0(胁迫前)、24、48、72、96、120h后采集生长状况一致的亚麻幼苗叶片进行游离脯氨酸(Pro)含量、丙二醛(MDA)含量、过氧化氢(H2O2)含量、O2.-产生速率、过氧化氢酶(CAT)活性、过氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定.结果表明:外源NO可缓解Cd胁迫造成的亚麻幼苗膜质过氧化产物丙二醛含量的升高,促进脯氨酸积累,提高超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶的活性,并能抑制过氧化氢和超氧阴离子的产生.这种保护效应与NO的浓度明显相关,其中,0.1mmol/L SNP处理效果显著优于1.0mmol/L SNP处理.     

植物叶片抗氧化系统及其对逆境胁迫的响应研究进展

植物体内存在着一套负责清除活性氧产生的抗氧化系统。在植物正常生长情况下,它使活性氧的产生和清除处于动态平衡状态。在逆境条件下,体内抗氧化系统清除活性氧能力下降,这种平衡被打破。综述了植物叶片内存在的抗氧化系统及其防御机制,重点论述了植物叶片抗氧化系统对干旱、低温、重金属等逆境胁迫的响应。并基于以上研究提出了一些需要进一步研究的问题。     

镉胁迫对赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)氧化应激反应影响

蚯蚓受重金属胁迫时,体内立即产生氧化应激反应,确定胁迫过程氧化应激主要指标对污染监测尤为重要。将胁迫试验分短期和长期试验两组,前者试验周期为10 d,每天取1条蚯蚓;后者试验周期为30 d,每10 d取1条蚯蚓。每组均设定Cd~(2+)浓度梯度50、100、125、250和500 mg·kg~(-1)重金属胁迫溶液,选择蚯蚓环带后尾部测定体内SOD、POD、GPX、GST、CAT、VE、MDA和ACh E。结果表明,短期试验组,反映蚯蚓体内氧化应激主要指标为CAT、SOD和POD。在长期试验中,反映蚯蚓体内氧化应激主要指标为GPX和MDA。     

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.     

盐胁迫对植物生长的影响及植物抗盐机理研究进展

有效利用盐碱地对我国和世界农业的发展有重大意义,在对国内外近年来有关盐胁迫对植物生长的影响及植物抗盐机理的研究进展进行综述的基础上,指出了当前研究所面临的问题及以后研究的方向.     

植物对盐分胁迫的响应及其耐盐机理研究进展

盐分是影响植物生长的一个重要环境因素.在世界上的干旱和半干旱地区,降雨量小,蒸发量大,高温以及不合理的水分利用都促进了盐分胁迫的加剧.盐胁迫通过离子毒害、营养失衡和渗透胁迫,引起植物体生理生化代谢失调,进而影响其生长发育、产量和品质.总结了盐分胁迫对植物生长发育影响的研究进展,从氧自由基产生、膜脂过氧化、离子伤害、渗透伤害和有毒物质积累等方面系统分析了盐胁迫对植物的伤害机理,并综述了植物对盐分胁迫的适应机制,总结了主要的抗盐生理指标.     

树木对水分胁迫响应机理研究进展

我国西部地区水分亏缺是主要的环境胁迫因子之一,严重影响着植物的分布与生长发育。文章从树木生长性状、形态结构和生理生化指标等对干旱胁迫的响应机理,以及树木综合抗旱机制方面进行了综述,为研究和探索旱生植物的抗旱机理提供理论依据。     

植物对环境胁迫的生理响应研究进展

环境胁迫下,植物通过一系列生理过程变化和植株形态变化等生态行为来躲避或减缓胁迫对自身的伤害。该文综述了植物对弱光、低温、干旱、盐渍胁迫的生理响应,系统探讨了胁迫发生的机理,为植物克服并适应环境胁迫提供理论依据。