Cd对超累积植物续断菊生长生理的影响

通过水培试验,研究了不同Cd浓度（0、5、10、20 mg·L-1）对续断菊生长形态（株高、叶面积、根长）、生理指标（叶绿素、丙二醛、膜透性）及生物量的影响。结果表明：随着镉浓度的增加,续断菊的株高先增加后减小,根长先减小后增加,叶面积和生物量不断减小;低浓度的镉处理促进植物的生长,而20 mg·L-1 镉处理30 d时植株的株高、叶面积、根长和生物量分别比对照降低了18%、46%、42%和66%;随着镉处理浓度的升高,续断菊叶片中叶绿素a、b、总叶绿素和胡萝卜素含量均下降, 20 mg·L-1 镉处理30 d时总叶绿素比对照降低了58%,丙二醛增加2.4倍,细胞膜透性增大2.3倍。

     

Cd对超累积植物续断菊生长生理的影响

通过水培试验,研究了不同Cd浓度(0、5、10、20 mg.L-1)对续断菊生长形态(株高、叶面积、根长)、生理指标(叶绿素、丙二醛、膜透性)及生物量的影响。结果表明:随着镉浓度的增加,续断菊的株高先增加后减小,根长先减小后增加,叶面积和生物量不断减小;低浓度的镉处理促进植物的生长,而20 mg.L-1镉处理30 d时植株的株高、叶面积、根长和生物量分别比对照降低了18%、46%、42%和66%;随着镉处理浓度的升高,续断菊叶片中叶绿素a、b、总叶绿素和胡萝卜素含量均下降,20 mg.L-1镉处理30 d时总叶绿素比对照降低了58%,丙二醛增加2.4倍,细胞膜透性增大2.3倍。     

续断菊与玉米间作对作物吸收积累镉的影响

通过盆栽试验,研究了不同镉浓度(0、50、100、200 mg· kg-1)对续断菊(Sonchus asper L.Hill)和玉米间作条件下两种植物镉吸收积累的影响.结果表明:与单作续断菊和玉米相比,间作使续断菊生物量提高了4.8％～64.9％,玉米生物量提高了4％～33％,间作续断菊体内镉含量较单作提高了31.4％～79.7％(100 mg· kg-1镉处理除外).与单作相比,在土壤镉含量为50～200 mg· kg-1内,间作使玉米体内镉含量降低了18.9％～49.6％.单作时,续断菊地上部和根部镉含量都与土壤可溶态镉含量显著正相关(P＜0.05),相关系数分别为0.962和0.976;间作条件下,玉米根、茎、叶中镉含量均与土壤可溶态镉含量显著正相关(P＜0.05),相关系数分别为0.991、0.959和0.977.除对照外,间作使玉米镉有效转运系数降低,三个镉浓度下分别比单作降低了21％、71％和25％不论是单作还是间作,续断菊镉转运系数都高于玉米.研究结果表明,续断菊和玉米间作促进了续断菊对土壤中镉的吸收和积累,同时抑制了玉米体内镉的积累量.     

镉胁迫对续断菊与玉米间作体系中植物叶片抗氧化酶活性的影响

为探讨续断菊/玉米间作种植模式对Cd污染的响应机制,通过盆栽实验,研究了不同质量分数的Cd(0,50,100,200 mg/kg)对玉米与续断菊间作体系下植物叶片可溶性蛋白、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和总抗氧化酶(T-AOC)活性的影响.结果表明:在0和50 mg/kg Cd胁迫条件下,间作玉米和续断菊叶片可溶性蛋白含量降低了8.1%~34.1%,当Cd处理质量分数为100和200 mg/kg时,间作玉米叶片和续断菊叶片可溶性蛋白显著比单作增加了34%~69.1%;间作玉米叶片MDA含量较单作增加了6.1%~ 64.6%,续断菊叶片MDA含量较单作降低了9.7%~ 58.7%;在不同Cd 质量分数处理下,无论是单作还是间作,玉米和续断菊叶片中SOD、POD、CAT和T-AOC活性均随Cd质量分数的增加而增加,仅Cd 质量分数达到200 mg/kg时CAT活性有所下降;同一Cd 质量分数处理下,间作玉米叶片SOD、POD(200 mg/kg除外)、CAT和T-AOC活性均较单作降低,分别较低了15.1%~48.3%、2.8%~ 24.7%、5.2%~42.3% 和20.7%~31.9%;间作续断菊叶片T-AOC较单作增加了11.2%~26.4%.总体上,在一定质量分数的Cd胁迫下,玉米和续断菊叶中的MDA含量及抗氧化酶活性均有所提高以维持正常生长,表明抗氧化酶在清除Cd毒害产生的活性氧自由基和提高Cd 耐性中有重要作用.     

Cd在续断菊(Sonchus asper L.Hill)中的亚细胞分布和化学形态研究

通过水培方式,采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法研究了Cd在续断菊(Sonchus asperL.Hill)叶片和根中的亚细胞分布和化学形态。结果表明,续断菊体内大部分的Cd分布在细胞壁中,占40%,且随着Cd浓度的升高,细胞壁中的Cd含量增大,在20 mg/LCd处理下,无论是叶片还是根中,细胞壁中的Cd含量都达到47%,说明续断菊体内的Cd主要贮存在细胞壁中,减少了代谢活跃的细胞器以及膜系统上的Cd含量,从而使续断菊能够耐受高Cd胁迫。Cd处理水平的变化对续断菊Cd的化学形态也有明显的影响,续断菊叶片中的Cd以盐酸提取态和NaCl提取态为主,根系中NaCl提取态的Cd含量较高,说明续断菊中的Cd与果胶酸、蛋白质结合,从而也缓解了Cd的危害。     

Cd2+胁迫对蚕豆抗氧化酶活性及丙二醛含量的影响

采用水培方法,研究了不同浓度的Cd2+处理对蚕豆叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛(MDA)含量的影响。结果表明:在Cd2+胁迫浓度为0~50mg/L条件下,POD及CAT活性随着胁迫浓度的提高而升高,当Cd2+浓度继续升高时,其活性呈现逐渐降低的趋势。SOD活性随着Cd2+胁迫浓度的提高也不断升高,当Cd2+浓度达到80mg/L时,其活性达到最高,随着Cd2+浓度继续升高,其活性逐渐降低。MDA含量随着Cd2+浓度逐渐提高呈不断升高的趋势。     

EDDS对Cd胁迫下三叶鬼针草生长和抗氧化酶系统及Cd积累的影响

为探讨乙二胺二琥珀酸(EDDS)对镉(Cd)胁迫下三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)生长和抗氧化酶系统及Cd积累的影响,采用盆栽实验,研究了40 mg·kg~(-1)Cd胁迫下,施加0(CK)、0.5、1.5、2.5 mmol·L~(-1)和5.0 mmol·L~(-1)EDDS后三叶鬼针草生长和抗氧化酶活性及Cd积累的变化。结果表明:施加0.5 mmol·L~(-1)和1.5 mmol·L~(-1)的EDDS利于三叶鬼针草幼苗的生长,株高、根长、地上部鲜干重和地下部鲜干重均显著增加;施加0.5、1.5 mmol·L~(-1)和2.5 mmol·L~(-1)EDDS使地下部(根)和地上部(茎和叶混合)组织中Cd含量均显著大于CK,且在1.5 mmol·L~(-1)时Cd积累量达到最大(分别为31.954 mg·kg~(-1)和109.454 mg·kg~(-1)),富集系数和转运系数也达到最大(分别为3.521和3.426);随施加EDDS浓度的升高,植物地下部和地上部组织中过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性呈现先增强后降低或持续增强的趋势,说明抗氧化酶系统被启动,以清除胁迫过程中积累的活性氧(ROS),缓解胁迫对植物造成的膜脂过氧化损伤。因此,施加适宜浓度的EDDS可促进三叶鬼针草幼苗的生长,增加三叶鬼针草对Cd的吸收和富集能力,有利于Cd污染土壤的修复,综合考虑螯合剂的成本以及对土壤造成的二次污染,宜选用EDDS的浓度为1.5 mmol·L~(-1)。     

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。     

ABA对Cd胁迫水稻根系生长发育的调节研究

[目的]研究ABA对Cd胁迫下水稻根系生长发育的调节。[方法]以中花11号水稻为材料,分析在Cd、Cd＋ABA和Cd＋ABA抑制剂复合处理条件下,水稻根系生长发育的变化。[结果]外源ABA缩短了水稻初生根以及不定根的长度,且明显抑制了初生根和不定根上侧根的形成,ABA也明显缩短了根毛到根尖的距离,但对不定根的数量影响不大。[结论]ABA参与了Cd胁迫下水稻根系生长发育的调节。     

间作对莎草与蚕豆体内铅镉锌化学形态分布的影响

通过室内盆栽实验,研究了莎草(Cyperus glomeratus L.)和蚕豆(Vicia faba L.)间作条件下两种植物体内Pb、Cd、Zn化学形态分布的变化,并进一步探讨了间作体系影响莎草与蚕豆对重金属Cd、Pb、Zn吸收累积的主要机制。结果表明:与单作相比,间作使莎草地上部生物量减少了54.55%,根部生物量减少了41.67%,叶绿素与可溶性糖含量分别减少了33.33%与36.39%;间作后蚕豆地上部的生物量提高了11.71%。蚕豆根际土壤有效态Pb、Cd和Zn含量显著降低。Pb在两种植物体内的化学形态以氯化钠提取态(FNa Cl)为主,间作使莎草地上部乙醇提取态(FE)Pb含量显著增加了23.43%,根部各化学形态Pb含量增加6.92%~17.80%;间作后蚕豆地上部活性较强的FE-Pb和FW-Pb含量显著降低了16.00%和42.60%,根部各化学形态Pb含量降低了1.32%~44.76%。Cd在两种植物体内的化学形态以FNa Cl和FHCl为主,间作使莎草地上部残渣态(FR)含量显著增加了43.45%,根部FHCl和FR含量显著增加了6.26%和30.01%;间作后蚕豆地上部FHCl-Cd含量显著降低了26.37%,根部各化学形态Cd含量降低了6.09%~68.33%;在两种植物体内的化学形态以FHAc、FW和FNa Cl占优,间作使莎草地上部FE-Zn含量显著增加了12.5%,根部各化学形态Zn含量增加5.32%~23.54%;间作后蚕豆地上部和根部各化学形态Zn含量均降低。蚕豆地上部和根部Pb、Cd、Zn均与土壤有效态Pb、Cd、Zn含量呈显著正相关,表明间作降低蚕豆Pb、Cd、Zn的含量与体系植物根际土壤有效态Pb、Cd、Zn含量下降密切相关。     

三种黏土矿物对蚕豆生长和重金属含量的影响

以云南会泽铅锌矿周边污染农田土壤为供试土壤,施加沸石、钠基膨润土、硅藻土3种黏土矿物,开展室内种植蚕豆的盆栽试验,研究黏土矿物对蚕豆光合生理、生物量、矿质营养、重金属含量和累积量的影响。结果表明:3种黏土矿物显著增强蚕豆叶片的光合作用,增加植株的生物量,其中钠基膨润土处理的增幅最大,为21.7%。黏土矿物降低土壤速效氮、磷、钾的含量,降幅为12%～48%,改变蚕豆植株氮、磷、钾的含量,其中,硅藻土显著增加蚕豆植株磷、钾和根系氮的含量,增幅为23%～83%,钠基膨润土降低蚕豆地上部氮、磷、钾的含量。3种黏土矿物均显著降低土壤有效态铅和铜的含量,降幅为14%～28%,减少蚕豆植株的锌含量、根系铅和铜的含量;沸石还显著降低土壤有效态镉、蚕豆植株镉和地上部铅的含量。相关分析发现,土壤有效态镉与蚕豆地上部镉、有效态铜与根系铜、有效态锌与植株锌的含量呈极显著或显著正相关。研究表明黏土矿物能降低污染土壤重金属的生物有效性,减少蚕豆植株的重金属含量,改善光合作用和提高生物量。     

蚕豆幼苗对NaCl和NaHCO3胁迫的生理响应

采用不同浓度的NaCl和NaHCO3处理蚕豆幼苗,处理7 d后分别测定蚕豆幼苗鲜重、蚕豆叶片MDA和脯氨酸含量、蚕豆叶片抗氧化酶活性。结果显示,随NaCl和NaHCO3胁迫浓度的增加,蚕豆幼苗鲜重先显著增加后显著下降(P<0.05);叶中MDA和脯氨酸含量显著上升(P<0.05),NaCl低于NaHCO3的上升幅度;超氧化物歧化酶(SOD)活性先显著增加(P<0.05)然后下降;过氧化物酶(POD)活性在NaCl胁迫下显著升高(P<0.05),NaHCO3胁迫下先升高后显著降低(P<0.05);过氧化氢酶(CAT)活性显著增加(P<0.05)。蚕豆具有一定程度的抗盐碱性,碱胁迫大于同浓度盐胁迫的伤害。     

5种杀菌剂对蚕豆赤斑病菌的室内毒力测定及田间防效

为了筛选防治蚕豆赤斑病的高效药剂，选用25%吡唑醚菌酯悬浮剂、225 g/L异菌脲悬浮剂、40%嘧菌环胺悬浮剂、400 g/L嘧霉胺悬浮剂、43%腐霉利悬浮剂等5种杀菌剂，对蚕豆赤斑病病原菌进行室内毒力测定和田间药效试验。结果表明：5种药剂对蚕豆赤斑病菌均有较好的抑制作用，其中225 g/L异菌脲悬浮剂的抑菌作用最强，EC₅₀为0.172 1 μg /mL；其次为25%吡唑醚菌酯悬浮剂，EC₅₀为2.534 0 μg /mL。田间药效试验结果表明，在推荐剂量下，5种杀菌剂对蚕豆赤斑病均有良好的防治效果，其中25%吡唑醚菌酯悬浮剂2 000倍液防治效果最佳，为79.03%，显著高于其他药剂。产量分析显示， 25%吡唑醚菌酯悬浮剂2 000倍液小区平均产量为15.8 kg,百粒质量为179.0 g，增产率为5.60%，显著高于其他杀菌剂。综合分析，25%吡唑醚菌酯悬浮剂对蚕豆赤斑病的防效最高，并有显著的保产效果，可作为防治蚕豆赤斑病的首选药剂。     

锶对蚕豆根尖细胞的遗传毒性效应

为探讨Sr²⁺污染对蚕豆根尖细胞的生态毒性效应和对植物生长影响的毒理机制,以蚕豆为试材,通过急性毒性实验、微核实验和彗星实验,以ρ(Sr²⁺)0.01 mmol·L^-1处理为CK,分析了Sr²⁺处理浓度[ρ(Sr²⁺)]为0.05~10 mmol·L^-1对蚕豆根(芽)生长、干重、根尖细胞染色体结构及根尖细胞DNA断裂损伤的影响。结果显示,Sr²⁺对蚕豆的根尖细胞的生态毒性效应具有双重性。当ρ(Sr²⁺)<0.05 mmol·L^-1时可促进蚕豆根、芽生长;ρ(Sr²⁺)>0.25 mmol·L^-1时,蚕豆发芽率下降了17.93%~36.32%,根茎、生物量及总生物量分别降低了42.15%、48.69% 和46.75%。同时,Sr²⁺抑制了蚕豆根尖细胞有丝分裂,促进DNA链发生断裂,导致有丝分裂指数(MI)降低,出现染色体断片和微核,其微核率(MCN)是CK的200%~400%;彗星尾长(TL)、尾部DNA含量(TD)和彗星尾矩(TM)也显著高于CK(P<0.05),表明DNA出现了明显的断裂损伤。     

蚕豆对土壤中锶的累积及其器官分配特征分析

为了调查蚕豆不同生育时期对土壤中锶(Sr)的累积效应及Sr在各器官中的分配特征,采用盆栽试验,以外源施加Sr Cl2·6H2O(稳定同位素88Sr)模拟土壤受放射性核素90Sr污染,分析Sr在蚕豆各生育时期(苗期、现蕾期、开花期、结荚期、成熟期)及各器官中的累积、分配特征。结果显示,随外源Sr污染浓度的增加,蚕豆体内Sr的累积量显著增加(P0.05),各生育时期对Sr的累积量呈现成熟期结荚期开花期现蕾期苗期,生物富集系数(BCF)和转移系数(TF)呈"上升"趋势,Sr在蚕豆各器官中的累积百分比表现为叶茎根(苗期和现蕾期)、茎叶根花(开花期)、根豆荚茎叶(结荚期)和茎叶根荚壳种子(成熟期)。同时,蚕豆根系对Sr的吸收速率与外源Sr污染浓度显著相关。综上认为,Sr在蚕豆体内具有明显的累积效应,并可转移到蚕豆地上部分各器官中,导致这些器官或组织被Sr污染。     

续断菊与蚕豆间作下土壤部分化学特征与Cd形态分布状况研究

通过田间试验,研究间作和单作两种种植模式下植物根际土壤p H、有机质、碱解氮、速效钾、速效磷和不同形态Cd分布状况变化,考察综合因素对土壤重金属Cd形态分布状况与续断菊(Sonchus asper L.Hill)和蚕豆(Vicia faba L.)两种植物吸收Cd的影响。结果表明:随着植物的生长,单作蚕豆与单作续断菊土壤p H值没有显著变化,间作土壤p H值下降0.11个单位;间作土壤有机质比单作蚕豆和单作续断菊分别增加12.64%和20.13%;随着植物的生长,间作与单作蚕豆碱解氮含量分别显著增加139.87%、155.15%;间作与单作续断菊土壤速效钾含量接近,变幅在5%左右,单作蚕豆下降10.60%;不同种植模式土壤速效磷含量均呈现下降趋势,间作显著下降7%左右,单作蚕豆与续断菊下降量接近;各时期Cd各形态含量分布为可交换态碳酸盐结合态铁锰氧化物结合态有机物结合态;成熟期间作Cd可交换态含量比单作蚕豆与单作续断菊分别下降21.98%、22.13%,碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机物结合态含量没有差异性;间作蚕豆生物量相比单作降低了24.77%,间作续断菊生物量相比单作增加15.29%;单作蚕豆根、叶、豆荚与籽粒Cd质量分数显著大于间作蚕豆,间作续断菊地上部Cd质量分数显著大于单作,根部无差异。总之,间作增强了续断菊对Cd的吸收,降低了蚕豆对Cd的吸收。     

铀对蚕豆幼苗光合特性和呼吸代谢的毒害机理

为探究铀(U)胁迫对植物光合作用和呼吸代谢的毒害作用,采用溶液培养法,用含有不同浓度铀(0、5、10、15、20、25μmol·L~(-1))的溶液处理蚕豆幼苗72 h后,通过组织切片和透射电镜观察根系结构的变化,并测定蚕豆幼苗的叶绿素含量、光合参数以及根系活力,另取高浓度铀处理组(U-25μmol·L~(-1))与对照组(U-0μmol·L~(-1))的根系进行转录组测序(RNA-seq)。结果表明:在不同浓度的铀胁迫下,铀向地上部的转移极少,其转移系数小于0.01,过量的铀累积明显破坏了根系的结构。此外,铀胁迫下蚕豆幼苗的光合效率降低,但根系活力增加。RNA-seq结果表明,与光合作用和呼吸代谢调控相关的基因中,共有117个基因差异表达,其中,光合作用中与光反应途径、卡尔文循环途径及光呼吸途径相关的基因表达以下调为主(90个DEGs;3个上调,87个下调);呼吸代谢中参与线粒体电子传递过程的相关基因表达以上调为主(27个DEGs;23个上调,4个下调)。研究表明,高浓度的铀胁迫抑制了蚕豆幼苗的光合作用,但增强了其根系的呼吸代谢,这可能是蚕豆对铀毒害的一种适应机制。     

植物鞘氨醇-1-磷酸对暗诱导蚕豆气孔关闭及保卫细胞胞质pH和NO的影响

【目的】了解植物鞘氨醇-1-磷酸(Phyto-S1P)在暗诱导蚕豆气孔关闭中的作用及信号转导过程,为进一步阐明暗调控植物气孔运动的信号转导机制提供依据。【方法】以蚕豆(Vicia faba)为材料,借助药理学试验,基于一氧化氮(NO)特异荧光探针(DAF-2DA)和pH特异荧光探针(BCECF-AM)的激光共聚焦显微技术,通过测定气孔开度和保卫细胞NO和pH水平的变化,确定Phyto-S1P在暗诱导蚕豆气孔关闭中的作用机制。【结果】暗处理能显著诱导蚕豆气孔关闭且可引起NO水平升高,这种效应可被长链碱基激酶抑制剂DL-threo-二氢鞘氨醇(DL-threoDHS)和N,N-二甲基鞘氨醇(DMS)显著抑制;外源Phyto-S1P可明显诱导蚕豆气孔关闭,且可以提高NO水平,但NO特异清除剂cPTIO和NOS抑制剂L-NAME可明显抑制Phyto-S1P的这些效应,表明Phyto-S1P通过诱导NO的产生介导暗诱导气孔关闭。此外,暗诱导胞质pH升高和气孔关闭可被DL-threo-DHS和DMS显著抑制,外源Phyto-S1P可以明显诱导胞质pH升高和气孔关闭,且Phyto-S1P的这种效应可被丁酸显著抑制,该结果提示PhytoS1P通过诱导胞质碱化参与暗诱导气孔关闭。外源Phyto-S1P处理引起的保卫细胞胞质pH升高较NO水平升高滞后期短,达到峰值更早,且Phyto-S1P引起的NO水平升高可被丁酸显著抑制,这进一步证实Phyto-S1P诱导保卫细胞胞质碱化是NO产生的先决条件。【结论】Phyto-S1P通过诱导保卫细胞胞质碱化和NO产生介导暗诱导蚕豆气孔关闭,胞质碱化是NO产生的诱导因素。