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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

外源性γ-氨基丁酸抵抗仔猪氧化应激的效果及机制

【目的】 研究外源性γ-氨基丁酸（GABA）抵抗仔猪氧化应激的作用效果,及海马神经元GABA受体调节凋亡信号通路在其中可能的介导作用,为GABA作为动物应激调节剂的应用提供科学依据。【方法】 基于成功构建的仔猪活体和大鼠海马神经元氧化应激模型,考察外源性GABA对仔猪血清及海马组织中氧化/抗氧化相关指标、仔猪日增重、脑海马GABA受体以及大鼠海马神经元中GABA受体及凋亡信号通路相关基因表达水平的影响。【结果】 低、中、高浓度的GABA灌喂组（LD+OS; MD+OS;HD+OS）仔猪血清的MDA含量均极显著低于氧化应激（OS）组(P<0.01),而GSH水平均极显著高于OS组(P<0.01),同时HD+OS 组仔猪血清T-AOC水平极显著高于OS组和对照组(P<0.01);且高浓度(100 mg·kg^-1 BW)GABA降低仔猪血清MDA含量和增加GSH水平的幅度均高于低浓度(20 mg·kg^-1 BW)和中浓度(60 mg·kg^-1 BW)GABA。因此,后续研究仅考察100 mg·kg^-1 BW GABA的作用效果及其抗氧化应激的机制。OS组仔猪0-7、8-14和0-28日龄的日增重极显著低于对照组(P<0.01),而HD+OS组0-7、8-14和0-28日龄仔猪的日增重极显著高于OS组(P<0.01);OS组仔猪15-28日龄的日增重显著低于对照组(P<0.05),HD+OS组15-28日龄的日增重极显著高于OS组(P<0.01)。以上结果表明,100 mg·kg^-1 BW GABA的灌喂极显著地增加了仔猪的日增重。对照组、OS组和HD+OS组在前、中、后期的腹泻率均无显著差异(P>0.05)。氧化应激组海马组织的MDA含量极显著高于对照组和HD+OS组 (P<0.01),而T-AOC和GSH的水平均极显著低于另外两组(P<0.01),表明GABA能提高仔猪海马组织抗氧化能力。HD+OS组的海马组织GABA_A和GABA_B受体水平均极显著高于对照组和氧化应激组(P<0.01),表明GABA提高了海马组织GABA_A和GABA_B的水平。氧化应激组脑海马Bcl-2蛋白水平显著低于对照组(P<0.05),Bax和Caspase-3蛋白水平极显著高于对照组(P<0.01)。HD+OS组的Bcl-2蛋白水平极显著高于氧化应激组（P<0.01）,Bax蛋白水平极显著低于氧化应激组（P<0.01）,Caspase-3蛋白水平显著低于氧化应激组（P<0.05）。与此一致的是,氧化应激组、GABA+OS+Picrotoxin组和GABA+OS+CGP54626组大鼠海马神经元的Bax和Caspase-3蛋白水平均显著高于对照组和GABA+OS组（P<0.05）,表明GABA缓解了氧化应激状态下海马神经元的损伤,而GABA受体抑制剂的添加阻挡了GABA的抗应激损伤作用。【结论】 GABA降低了仔猪海马的氧化应激水平,而GABA抗应激的作用机制可能与其降低凋亡蛋白基因的表达相关,而GABA_A和GABA_B受体介导了该过程。     

植物耐盐机制研究进展

从应对离子毒害、应对渗透胁迫和盐胁迫损伤以及应对次级胁迫3个方面,综述了植物的耐盐机制研究.     

Ameliorative Effects of Brassinosteroid on Excess Manganese-Induced Oxidative Stress in Zea mays L. Leaves

Manganese （Mn） is becoming an important factor limiting crop growth and yields especially on acid soils. The present study was designed to explore the hypothesis that brassinosteroid application can enhance the tolerance of maize （Zea mays L.） to Mn stress and if so, whether or not the mechanism underlying involves regulation of antioxidative metabolism in leaves. The effects of 24-epibrassinosteroid （EBR） on the growth, photosynthesis, water status, lipid peroxidation, accumulation of reactive oxygen species, and activities or contents of antioxidant defense system in maize plants under Mn stress were investigated by a pot experiment. At supplemented Mn concentrations of 150-750 mg kg^-1 soil, the growth of plants was inhibited in a concentration-dependent manner. The semi-lethal concentration was 550 mg Mn kgq soil. Foliage application with 0.1 mg L^-1 EBR significantly reduced the decrease in dry mass, chlorophyll content, photosynthetic rate, leaf water content, and water potential of plants grown in the soil spiked with 550 mg kg^-1 Mn. The oxidative stress caused by excess Mn, as reflected by the increase in malondialdehyde （MDA） content and lipoxygenase （LOX, EC 1.13.11.12） activity, accumulation of superoxide radical and H2O2, was greatly decreased by EBR treatment. Further investigations revealed that EBR application enhanced the activities of superoxide dismutase （SOD, EC 1.15.1.1）, peroxidase （POD, EC 1.11.1.7）, catalase （EC 1.11.1.6）, ascorbate peroxidase （APX, EC 1.11. 1.11）, dehydroascorbate reductase （DHAR, EC 1.8.5.1）, and glutathione reductase （GR, EC 1.6.4.2）, and the contents of reduced ascorbate and glutathione, compared with the plants without EBR treatment. It is concluded that the ameliorative effects of EBR on Mn toxicity are due to the upregulation of antioxidative capacity in maize under Mn stress.     

Oxidative Stress and Role of Natural Plant Derived Antioxidants in Animal Reproduction

The experimental knowledge on the role of oxidative stress,and beneficial and detrimental effects of plant derived antioxidants in male and female animal reproduction are reviewed in this article.Free radical-induced oxidative stress in animal reproduction causes great loss to livestock industry.Antioxidant therapy has been implicated to be effective in preventing diseases resulted from oxidative stress.Considering the advantages of lower side effects of natural antioxidants than those of synthetic antioxidants,plants or their extracts have been extensively utilized in animals.Although many advances have been gained on application of plant derived antioxidants in alleviating oxidative stress,debatable issues still exist.Because many opposite effects were observed even using plant extracts containing similar bioactive substances in the same animal species.Therefore,plant derived antioxidants,like free radicals,are double-edged swords in animal reproduction,representing that they may exhibit beneficial or detrimental effects in animal reproduction,including spermatogenesis,semen functions,estrous cycles,ovulation,ovary functions,endometrium,embryo development,and pregnancy.Besides dose-dependent manner as an explanation of plant extracts’ dual function,future studies are needed to investigate the mechanism of double-edged actions of plant derived antioxidants in different animal reproduction systems.     

硒在植物抵御胁迫中作用的研究进展

硒是有益于植物生长的微量元素之一,在植物抵御生物胁迫与非生物胁迫中发挥重要作用。从硒在植物中的代谢途径出发,介绍了硒在不同环境胁迫下使植物抗逆性提升的作用机理,综述了硒在植物抵抗生物胁迫与非生物胁迫中的作用,以及硒与其他元素的交互作用,以期为未来硒在农业生态安全领域的研究及应用提供参考。     

镉胁迫下柳枝稷的生理响应及耐镉性

为探明柳枝稷(Panicum virgatum L.)在镉(Cd)胁迫下的生理变化与耐性,选取柳枝稷低地型品种Alamo以改良Hoagland营养液培养,用CdCl_2 0μmol/L(CK)、5μmol/L、10μmol/L、20μmol/L和30μmol/L胁迫2周后收苗,测定柳枝稷株高、根长、含水量、生物量和叶绿素含量,并进行相关性分析。结果表明:随Cd浓度增加柳枝稷植株的增高、根系伸长及根含水量呈下降趋势;与CK相比,当Cd浓度在10μmol/L及其以上时,根系伸长和根含水量显著(P0.05)下降;Cd浓度在20μmol/L及其以上时,植株增高显著降低;生物量、茎叶含水量与叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量各处理间差异不显著(P0.05);Cd浓度与柳枝稷植株的增高、根系伸长、根含水量、茎叶含水量呈显著或极显著负相关,与生物量呈正相关但不显著。Alamo对Cd胁迫具有一定的耐性。     

镉胁迫对桐花树光合·蒸腾作用及保护酶活性的影响

[目的]探究镉胁迫对桐花树生理指标的影响。[方法]通过砂土混培试验研究红树植物桐花树幼苗在含镉(Cd2+)浓度为(0、0.6、61、22、43、0 mmol/L)系列蒸馏水培养液〔盐度为10‰)中的某些生理特性的变化。[结果]当培养液中Cd浓度低于6 mmol/L时,随Cd浓度的增加,叶片光合蒸腾作用增强,叶绿素含量、总糖含量增加,过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性有所提高。当Cd高于6 mmol/L时,桐花树幼苗的生长减缓,叶片光合蒸腾作用减弱,叶绿素含量、总糖含量减少,过氧化物酶(POD)、超氧化物酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性出现下降趋势。[结论]该研究为阐明红树植物对Cd金属的抗性机制,治理海洋河口重金属污染提供了理论和实践依据。