Research advance on the physiologically molecular mechanisms for plant heavy metal tolerance

植物可以通过一系列动态的分子生理机制来减少重金属的胁迫 这些机制包括重金属离子与细胞壁的结合 ,限制重金属离子透过细胞膜 ,重金属离子或化合物的排出 ,重金属在植物体内的转移 ,重金属的络合与区隔化以及植物对胁迫的基本的反应机制如胁迫蛋白含量的变化等 本文就植物耐重金属的分子生理机制进行综述     

植物耐受重金属胁迫细胞机制研究进展

植物存在一系列耐受重金属胁迫的细胞机制,这些机制主要包括:根和质膜限制对重金属离子的吸收和运输;在细胞内通过植物络合素、金属硫蛋白或有机酸等络合重金属;利用热激蛋白等修复被胁迫伤害的蛋白;将重金属离子区隔化入液泡等。概述了植物耐受重金属胁迫细胞机制的研究进展。     

植物耐镉胁迫的生理机制研究进展

植物可以通过一系列动态的分子生理机制来减少镉的胁迫。这些机制包括络合(PC、M T)、应激(应激乙烯、应激蛋白)、细胞壁固定化、原生质膜排除、区域化、过氧化物酶等。笔者就植物耐镉的分子生理机制进行综述。     

硅酸盐类钝化剂原位修复土壤重金属胁迫机理的研究进展

硅酸盐类钝化剂对于修复土壤重金属胁迫具有重要作用,外源硅能有效缓解土壤重金属胁迫对植物生长发育等方面的毒害作用。硅酸盐类钝化剂修复土壤重金属胁迫的机理主要涉及土壤和植物两个系统,土壤方面主要是改变土壤重金属形态,降低其生物有效性及迁移性,包括提高土壤pH、对重金属的吸附作用、引入硅酸根与重金属离子形成沉淀等;植物方面主要是增强植株对重金属胁迫的耐受性,包括减少植株地上部分对重金属的吸收、限制重金属离子在植株内的迁移及积累、增强植株对重金属胁迫的生理生化响应等。     

一氧化氮在植物响应重金属胁迫中的作用

一氧化氮(Nitric oxide,NO)是一种具有扩散性的气体分子,在哺乳动物中被鉴定为血管内皮细胞舒张因子,是一种有效的内源性血管舒张药。植物也具有合成和释放NO的能力,NO在植物中参与多种生理过程和胁迫响应。因此,NO被认为是植物及动物体内重要的气体信号分子。近年来,由于各种人类活动的影响导致重金属对农业生态环境造成了越来越严重的污染,威胁农作物生产与食品安全。尽管重金属影响植物生长发育的机制并不完全清楚,但越来越多的证据显示NO是植物体内响应重金属胁迫的重要成分之一。就目前重金属胁迫对植物内源NO的代谢以及外源NO对植物重金属毒害的影响的研究进展进行了综述。     

植物抗逆性基因工程研究进展

近年来,由于DNA技术的发展,从基因等分子水平对植物抗逆性的研究已取得一定进展。本文对在植物受不同逆境胁迫（干旱、低温、盐渍、重金属、氧化、渗透胁迫）下的分子机制及植物抗逆性基因工程研究的进展进行综述。     

植物细胞壁对有害金属与盐分耐受性作用研究进展

非生物胁迫对植物正常生长产生影响,而植物细胞壁作为抵抗外界逆境胁迫的第一道屏障,其组分中的果胶、半纤维素、蛋白酶等参与有害金属胁迫的生理应答,果胶能通过带负电的羧基基团与金属离子结合,且通过降低果胶的甲酯化程度从而增加对金属离子的结合能力,减少金属离子向细胞壁的转运;半纤维素同样也能与金属离子结合,其中木葡聚糖在与金属离子结合起着重要作用。细胞壁同样也参与植物盐分胁迫的生理应答,细胞壁扩展蛋白基因的表达会调节植物的盐分耐受性,细胞壁的变化也会被植物所感知并调节植物耐盐性。概述了近年来细胞壁多糖和细胞壁蛋白在植物有害金属与盐分耐受性作用的相关研究进展,以期全面了解植物细胞壁在抗非生物胁迫的作用。     

硅处理对重金属胁迫植物的影响

在重金属的胁迫下，植物的细胞膜透性、光合、抗氧化酶含量、脯氨酸含量等各项生长生理指标都会发生明显的变化，严重时会造成植物死亡。在植物领域内，需高度重视重金属胁迫植物的问题、寻找缓解甚至消除植物受到重金属胁迫的机制。基于此，本文从植物的生长、光合作用、抗氧化酶等方面综述了硅对受到重金属胁迫的植物的影响、硅缓解重金属胁迫的机制，为今后研究硅缓解不同植物重金属胁迫的机制提供一些思路。     

植物根系限制重(类)金属吸收/转运的因素及其机制

当前土壤重(类)金属污染导致的农作物重(类)金属超标已成为我国居民严重关切的问题之一。在重(类)金属胁迫下,植物自身具备了相应的机制来减少其对重(类)金属的吸收富集,这些机制主要与土壤-植物根系系统中发生的一些物理、化学和生物学过程有关。本综述阐述了与植物根系相关的限制重(类)金属吸收/转运因素及其机制,主要包括:1)根系的一些分泌物能通过与重金属螯合降低其有效性,从而达到固定重金属的目的;2)在重(类)金属胁迫下,植物根系增加粗根比例,降低细根数量并减少根比表面积,从而降低与重(类)金属接触的几率并影响重(类)金属的吸收;3)水生植物根系表面形成氧化铁/锰化合物胶体,这些胶体能吸附阴阳离子,从而束缚重(类)金属;4)植物根系表面具有相应的吸附位点,具有相似性质的离子会对这些位点产生竞争,从而降低重(类)金属进入根系细胞的几率;5)细胞壁组分含有的基团可与重金属结合,从而束缚大量的重金属;6)植物根系内皮层凯氏带能阻断重(类)金属在皮层与维管柱之间的质外体运输,从而阻止重(类)金属向地上部分转运;7)具有相似性质的金属离子可对根系细胞膜上的离子通道展开竞争,这一过程影响重(类)金属的吸收;8)在细胞中游离的重(类)金属可被区隔到根系液泡中,从而减少其毒性以及向地上部分的转运;9)根系细胞膜上的一些基因的表达限制了重金属由根系向地上部分的转运。综上所述,植物主要通过减少根系与重(类)金属接触几率、吸附机制、离子竞争性吸收、以及区隔化作用等机制来降低重(类)金属的吸收和转运。但关于细胞壁组分在束缚阴离子形态存在类金属的相关机制还不清楚,尚待进一步明晰和阐明。     

硅处理对重金属胁迫植物的影响研究进展

在重金属的胁迫下，植物的细胞膜透性、光合、抗氧化酶含量、脯氨酸含量等各项生长生理指标都会发生明显变化，严重时会造成植物死亡。在植物领域内，需高度重视重金属胁迫植物的问题，寻找缓解甚至消除植物受到重金属胁迫的机制。本文从植物的生长、光合作用、抗氧化酶等方面综述了硅对受到重金属胁迫的植物的影响、硅缓解重金属胁迫的机制，为今后研究硅缓解不同植物重金属胁迫的机制提供参考。     

重金属铊胁迫下水稻(Oryza sativa L.)根系草酸含量与铊吸收的关系

铊(Tl)作为一种非必需、高毒性重金属元素,会干扰植物的正常发育,并在食物链中引起严重的毒性积累.根系分泌有机酸在抗重金属污染中起着重要作用.为研究铊胁迫下的植物根系有机酸分泌特征与重金属吸收的关系,利用水培法对T胁迫下水稻(Oryza sativa L.)植株草酸分泌和Tl分布特征进行检测和分析,研究不同抑制剂对水稻...     

硒缓解植物重金属胁迫和累积的机制

硒(Se)在提高植物抗逆性、缓解重金属胁迫以及降低植物对重金属吸收方面有着重要的作用。本文综述了Se参与缓解植物重金属胁迫和累积的机制,Se能够缓解重金属的胁迫,主要是因为在植物体内由Se转化而来的相关产物的生理生化作用产生的综合效果。Se是谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的必需组分,GSH-Px利用谷胱甘肽(GSH)将有毒的过氧化物还原成无毒的物质,清除由重金属引起的自由基。Se可以激活植物螯合肽(PC)合成酶及增加PC合成的前体,使植物产生更多的PC,形成更多的重金属-PC配合物。Se还可以与重金属形成大分子的复合物,降低重金属的毒害。Se能够与多种重金属元素产生拮抗效应,降低植物对重金属的吸收。     

外源硒调控植物重金属胁迫机制的研究进展

硒是对植物有益的微量元素，在植物生长发育以及抗性方面起着重要的作用。越来越多的研究发现，外源添加硒可以有效缓解植物重金属胁迫，且相关研究也逐渐深入。总结归纳了近年来植物对硒的吸收、转运和积累规律，以及硒缓解重金属胁迫机制的相关研究进展，并比较了硒对不同种类重金属胁迫缓解机制的异同点，以期为提高植物抵御重金属胁迫能力提供理论基础。     

Pb、Cu胁迫对玉米(Zea mays L.)生长、细胞色素合成以及重金属吸收特性的影响

通过水培试验,以玉米作为供试植株,研究Pb、Cu胁迫对玉米生长发育、细胞色素合成以及重金属吸收的影响。结果表明,Pb、Cu单一胁迫下玉米根长较对照组均偏低,复合胁迫下根长随着Pb、Cu复合浓度的增加而减小。玉米植株在重金属Pb、Cu单一胁迫下生物量变化不明显,但在不同水平Pb、Cu复合胁迫下,表现随着重金属胁迫浓度增加,玉米植株生物量先增加后减小。玉米叶绿素含量随着Pb胁迫浓度增加而增加、随着Cu浓度增加而降低;Pb、Cu单一胁迫下β-类胡萝卜素含量随着Pb浓度增加先降低后增加,随着Cu含量增加先增加后降低;Pb、Cu单一胁迫下花青素含量较对照组均增大,Cu胁迫下花青素含量增加更明显,最低增加0.65%,最高增加21.25%。玉米不同器官对Pb、Cu积累有一定差异,在单一重金属胁迫下Pb、Cu在玉米体内积累量与胁迫浓度呈正相关,分布顺序为根系茎叶,根部是积累Pb、Cu主要器官。Pb、Cu复合胁迫下加剧了重金属向玉米体内的迁移累积,随着Pb、Cu复合胁迫浓度的增大,根部吸收Pb、Cu逐步增大,而茎叶吸收Pb、Cu趋于平稳。相关分析显示,玉米细胞色素的合成取决于被胁迫的重金属类型,β-类胡萝卜素含量与植株体内Pb含量显著正相关,花青素含量与Cu含量显著正相关,揭示Pb对β-类胡萝卜素诱导作用强、Cu对花青素诱导作用强。     

铅、镉及其复合胁迫对大豆幼苗生理生化特性的影响

通过水培试验,研究了重金属铅(Pb)、镉(Cd)单一及其复合胁迫对大豆幼苗生理生化特性的影响。结果表明,随着铅、镉单一及复合胁迫浓度的升高,大豆幼苗叶绿素含量以及叶绿素a/b比值明显下降,细胞膜透性明显增大,根系活力受到抑制,但低浓度铅对根系活力具有轻微的促进作用。铅、镉复合胁迫对大豆幼苗的毒害作用高于单一胁迫,镉胁迫的毒害作用强于铅的胁迫。     

重金属胁迫对生物DNA影响的研究进展

对重金属胁迫对植物、动物、微生物的DNA(包括碱基、基因、染色体等)的影响进行综述。指出,重金属胁迫能够诱导生物体产生碱基改变、DNA单双链断裂、染色体改变等DNA损伤。介绍一些检测重金属的方法及重金属胁迫对生物的DNA影响的研究方法,有助于进一步防御改善重金属污染,更好地了解重金属胁迫对生物体造成DNA损伤的机理。     

植物中程序性细胞死亡研究进展

细胞程序性死亡（PCD）是生物体生长发育、细胞分化和病理条件下细胞主动、有序的、受基因控制的死亡过程。细胞程序性死亡不仅是植物导管分子的形成和根、茎、叶等器官正常生长发育的重要环节,同时在植物对抗重金属、盐、病害、衰老等外界环境的胁迫中起到重要的调节作用。缺少动物的免疫系统,植物依靠程序化死亡这种特殊机制,抵抗外界环境的干扰。主要阐述目前植物中的程序性细胞死亡的分子机制研究进展。     

生物炭对好氧发酵水溶性有机物及重金属形态的影响

为探究生物炭对发酵过程理化特性、水溶性有机物（DOM）组分以及重金属形态变化的影响机制,以猪粪和秸秆为原料,添加不同比例生物炭作为钝化材料开展好氧发酵试验。结果表明：发酵结束后生物炭添加量为0、5%、15%和25%处理的腐殖质类物质分别增加了22.69%、24.49%、25.32%和25.45%;各处理对重金属Cu、Zn、Pb、Cd的钝化效率分别为25.80%~47.00%、16.73%~31.34%、31.81%~57.68%和20.00%~71.47%,均使活性相对较高的吸附态向较为稳定的络合态和沉淀态转化;DOM组分、温度、pH、EC和含水率变化对重金属形态均有较大影响,其中富里酸和胡敏酸对可交换态Cu、Zn、Cd和Pb的影响显著,胡敏酸对重金属的络合起主要作用,pH对促进生物炭与重金属离子交换、共沉淀及重金属配合物的稳定性等具有较大的影响。研究表明,在猪粪好氧发酵过程中添加生物炭可促进DOM组分中的富里酸向胡敏酸转化,进而提高了腐殖质的稳定性和重金属的钝化效率。