植物微核技术在环境污染监测中的建立与应用

植物微核技术是根据环境中污染物能引起植物DNA损伤、诱发染色体畸变而形成微核的原理来检测诱变物质对染色体损伤的一种简便易行的方法。利用这种技术可以检测出有害气体、重金属、有机物等对生物体遗传物质的影响程度,目前已经被广泛地应用于环境中大气、土壤、水体等污染的监测。本文对植物微核技术的建立与发展、微核技术原理及其在环境污染监测中的应用作了概述。     

Cd胁迫诱导拟南芥幼苗DNA损伤分析

以拟南芥为供试植物,通过基于随机引物扩增多态性(RAPD)法的DNA损伤分析,酶联免疫吸附(ELISA)法的DNA甲基化分析以及Real-time PCR的DNA损伤修复与细胞周期相关基因的表达分析,研究了Cd(0、0.125、0.25、1.0、2.5 mg·L~(-1))胁迫5 d的拟南芥幼苗DNA损伤、DNA损伤修复系统以及细胞周期对胁迫的响应。结果显示,随Cd浓度的增加DNA损伤加剧,全基因组甲基化水平较对照组显著增加(P0.01或P0.05),细胞周期调控基因PCNA1、PCNA2,错配修复(MMR)基因MLH1、MSH_2、MSH6,非同源末端连接(NHEJ)标志基因KU70、MRE11、GR1,同源重组(HR)标志基因RAD51、BRCA1的表达均与Cd胁迫浓度呈明显的倒U型剂量效应关系,DNA修复系统对Cd胁迫的敏感性依次为MMRHRNHEJ。该结果表明:轻度Cd胁迫主要引起DNA错配损伤,并且该损伤易修复;随着Cd胁迫的增强,会引起DNA断裂与染色体损伤,损伤较难修复。另外,对Cd胁迫响应最敏感的MSH6、MLH1基因可作为表征Cd胁迫对于拟南芥遗传毒性效应的有效生物标记物。     

DNA分子标记技术在环境污染物检测中的应用

DNA分子标记是DNA分子碱基序列变异的直接反映,利用分子标记物对污染物造成的生物体DNA损伤的检测和定量分析研究是可行的方法。文章主要综述了DNA加合物技术、随机扩增DNA多态性技术(RAPD)、扩增片段长度多态性技术(AFLP)、单细胞凝胶电泳技术(SCGE)及反转录聚合酶链式反应(RT-PCR)的原理及其在环境污染物检测中的应用。该方法具有快速、简便、特异性强的特点,在环境污染物早期诊断和评价方面具有重要意义,已广泛应用于遗传毒理学研究。     

重金属对植物的毒害及植物对其毒害的解毒机制

土壤重金属污染会引发一系列严峻的环境问题,不仅威胁生态系统健康,还限制人类发展。活性氧(ROS)过量积累引起的氧化胁迫是重金属毒害植物的主要原因之一。围绕ROS对质膜、蛋白质、DNA的氧化损伤机制阐述ROS对植物产生毒害的机制,总结分析植物重金属转运蛋白、抗氧化酶系统、细胞壁、液泡对重金属的解毒机制,以期为今后植物耐重金属胁迫生理生态机制研究提供一定的理论依据,为植物修复重金属污染研究提供参考和借鉴。     

DNA甲基化的植物学意义及其研究方法

DNA中碱基的化学修饰一直是生命科学领域研究的热点之一。DNA甲基化作为DNA序列的修饰方式,是一种重要的表观遗传机制,能够在不改变DNA分子一级结构的情况下调节基因组的功能,在生命活动中起着重要的作用。对于受到环境胁迫的植物生命体基因表达调控过程中也有DNA甲基化变化的痕迹。本文对植物DNA甲基化的产生机制、功能,DNA甲基化在植物应对逆境胁迫中的作用以及用来分析检测DNA甲基化技术方法的原理特点进行综述,以便更好地理解植物DNA甲基化及其对环境胁迫的响应,为植物抗逆性研究及作物遗传改良提供理论参照。     

干旱胁迫棉花转录组DNA损伤修复相关基因的分析

【目的】研究干旱胁迫下,棉花DNA损伤修复基因的表达情况,从整体水平探讨棉花DNA损伤修复相关基因表达与抗旱的相关性。【方法】用2.5%PEG6000处理棉花幼苗,利用RNA-Seq技术对干旱胁迫下棉花幼苗的转录组进行测序。【结果】从棉花干旱胁迫响应的转录组中,筛选获得差异表达的DNA损伤修复相关基因共51个,其中差异表达的上调基因23个,差异表达的下调基因28个,干旱胁迫能够影响棉花DNA损伤修复相关基因的表达。选取4个差异基因进行生物信息学分析及qRT-PCR验证,HMGB1、rec A1、UDGs和GMP synthase基因的表达变幅有一定的差异,但基因的表达趋势一致,棉花转录组测序结果通过qRTPCR验证是可靠的。【结论】DNA损伤修复相关基因可能与干旱胁迫有一定的相关性,干旱胁迫能够影响棉花DNA损伤修复相关基因的表达。     

热激蛋白70在环境中的作用与应用

热激蛋白在各类生物体内普遍存在。热激蛋白70在生物体受到环境胁迫,如热胁迫、有机污染胁迫、重金属污染胁迫等时会大量表达,是反映环境污染程度的有效生物学标志物,在环境监测与环境保护方面具有重要的作用。系统地综述了其在环境中的作用与应用。     

单细胞凝胶电泳检测Pb~(2+)对小鼠淋巴细胞DNA的损伤

[目的]检测Pb2+对小鼠淋巴细胞DNA的损伤作用。[方法]应用单细胞凝胶电泳技术(SCGE),研究在不同Pb2+暴露浓度(0.05、0.50、5.00 mg/L)下12 h后对小鼠外周血淋巴细胞核DNA的损伤作用。采用DNA拖尾率、DNA损伤专用单位、DNA损伤级别等指标,探讨细胞DNA损伤与Pb2+处理浓度的相关性。[结果]随着Pb2+浓度的增高,拖尾率、DNA损伤专用单位都呈上升趋势。[结论]重金属Pb2+对小鼠淋巴细胞DNA损伤呈正相关剂量效应关系,应用单细胞凝胶电泳技术可对重金属导致的遗传毒性进行检测。     

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。     

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。     

重金属Cd、Pb复合污染对植物生理生化和细胞结构影响的研究进展

我国受重金属污染的土地面积广大,因采矿等造成的环境和土壤重金属污染问题日趋严重。因金属矿床形成特点及开采方式单一等原因,造成Cd、Pb居于重金属复合污染前列。通过总结单一Cd、Pb污染对植物生理生化特征的影响以及Cd、Pb复合污染对植物生理生化及细胞结构的影响等研究进展,明晰土壤重金属Cd、Pb复合污染对植物影响和损害的研究热点,进而探明植物重金属胁迫的生理响应机制。     

逆境胁迫下烟草生理生化响应研究进展

目前,水资源短缺和分配不均、土壤重金属污染在全世界范围内日趋严重,以及低温冷害均会对烟草造 成严重的胁迫以致影响到其产量和质量。对烟草在水分、重金属、低温环境下的伤害进行了简要概述,综述了水分胁 迫、重金属胁迫、低温胁迫下烟草生理生化指标的变化,为寻找提高烟草抗逆性生化调控措施提供一定的参考,并展 望了今后的研究方向。     

MutL调控水稻黄单胞菌的致病力

为了了解水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo)中 的MutL/MutS系统是否参与DNA修复以及是否调控病原菌的致病力,构建了mutL突变体,比较了野生型与mutL突变体的突变率差异,野生型、mutL突变体及其互补菌株侵染水稻的能力。结果显示,mutL突变导致Xoo在H₂O₂胁迫下的突变率显著升高,mutL突变导致Xoo致病力下降,表明DNA错配修复蛋白MutL参与Xoo的DNA修复并正调控Xoo致病力。     

叶绿素荧光仪检测重金属离子毒性的研究

[目的]建立一种快速有效的重金属离子毒性检测方法。[方法]选择三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)为受试生物,采用双通道脉冲振幅调制叶绿素荧光仪(简称ToxY-PAM)检测水中Cu2+、Zn2+、Cr6+3种重金属离子的毒性大小。[结果]三者不同浓度引起的三角褐指藻光合作用抑制率变化基本均在1 h内达到最大值并趋于平稳;3种重金属离子的毒性大小为Cu2+>Zn2+>Cr6+。[结论]ToxY-PAM体积小,携带方便,检测速度快,灵敏度高,适合于重金属离子的现场检测。     

重金属胁迫培养对微生物生长的影响

为探究重金属胁迫对微生物生长的影响,以大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、啤酒酵母菌和链霉菌为材料,用传统微生物培养方法,研究了不同Hg2+、Cd2+、Cr6+和Pb2+浓度下4种微生物的生长状况。结果表明:低浓度重金属离子对4种微生物生长有促进作用,高浓度有抑制作用,G+较G-对Hg2+和Cd2+更为敏感;4种微生物对重金属离子的敏感性表现为链霉菌>枯草芽胞杆菌>大肠杆菌>啤酒酵母菌,对微生物毒性顺序为Hg2+>Cd2+>Cr6+>Pb2+。     

Pb2+、Cd2+复合胁迫对桑树光合作用的影响

目的土壤重金属污染日益严重,重金属对植物的影响备受关注。目前,研究多限于重金属单一胁迫对植物的影响,但土壤重金属污染存在形式并不是只有一种重金属,而是由多种重金属复合而成,研究重金属单一胁迫与复合胁迫对植物生长及光合作用的影响与差异很有必要。方法本研究以桑树幼苗为实验材料,通过添加不同质量分数的Pb2+和Cd2+进行桑树幼苗土培实验,分析单一胁迫与复合胁迫对桑树幼苗生长指标、光合色素含量和光合作用指标的影响与差异。结果Pb2+单一胁迫降低了桑树叶绿素含量和类胡萝卜素含量,Cd2+单一胁迫对叶绿素含量是“低促高抑”,对类胡萝卜素而是随Cd2+含量的增加抑制作用增强。复合胁迫对桑树光合色素含量起到抑制作用,且程度强于单一胁迫。桑树叶片的光饱和点(LSP)、最大净光合速率(P_nmax)、暗呼吸速率(R_d)及表观量子效率(φ)均受到重金属胁迫的抑制作用,且随含量增大,抑制作用增强。单一胁迫和复合胁迫对桑树叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)以及蒸腾速率(T_r)均起到抑制作用,从而显著地限制了桑树的生长。结论重金属单一胁迫及复合胁迫对桑树幼苗的生长指标、光合色素含量以及光合作用均有抑制作用,且重金属含量越高,桑树幼苗受到的抑制作用越强,复合胁迫对桑树幼苗的抑制作用存在协同效应,毒害程度强于单一胁迫;在重金属胁迫条件下,桑树表现出了较强的耐重金属性。      

重金属胁迫培养对2种细菌生长曲线的影响(摘要)(英文)

[目的]研究重金属胁迫培养对2种细菌生长曲线的影响。[方法]以大肠杆菌和枯草芽孢杆菌2种典型细菌为试验材料,采用传统培养方法,选择5种重金属离子Cu2+、Hg2+、Pb2+、Cd2+、Cr6+在不同浓度下对其进行胁迫培养,通过测定2种细菌的生长曲线,研究外源性重金属对2种细菌生长的影响。[结果]Hg2+、Cd2+毒性较强,2种细菌的增殖在高浓度时受到抑制,G+比G-更为敏感;当重金属浓度50mg/L后,5种重金属的对2种细菌的毒性顺序为Hg2+Cd2+Cu2+Cr6+≈Pb2+。[结论]该研究结果为进一步研究重金属对环境及生态系统的影响奠定基础。     

重金属对植物生长发育及品质的影响

综述了重金属对植物营养生长、生殖生长以及植物品质的影响,以期为研究重金属对果树生长发育的影响以及果品的无公害生产提供理论依据。     

重金属胁迫培养对2种细菌生长曲线的影响

[目的]研究重金属胁迫培养对2种细菌生长曲线的影响。[方法]以大肠杆菌和枯草芽孢杆菌2种典型细菌为试验材料,采用传统培养方法,选择5种重金属离子Cu2＋、Hg2＋、Pb2＋、Cd2＋、Cr6＋在不同浓度下对其进行胁迫培养,通过测定2种细菌的生长曲线,研究外源性重金属对2种细菌生长的影响。[结果]Hg2＋、Cd2＋毒性较强,2种细菌的增殖在高浓度时受到抑制,G＋比G-更为敏感;当重金属浓度〉50mg/L后,5种重金属的对2种细菌的毒性顺序为Hg2＋〉Cd2＋〉Cu2＋〉Cr6＋≈Pb2＋。[结论]该研究结果为进一步研究重金属对环境及生态系统的影响奠定基础。     

水作和旱作施用改良剂对蕹菜-土壤系统中铅镉生物有效性的影响差异

为探讨不同农艺调控措施组合对蔬菜-土壤系统重金属生物有效性的影响,以能同时适应水作和旱作两种栽培方式的蕹菜为研究对象,探讨了在人为添加铅镉复合污染情况下,不同栽培方式和施用改良剂(石灰或生物炭)的农艺调控措施组合对蕹菜中铅镉累积规律的影响差异,并从不同处理情况下的土壤理化性质和重金属有效态含量变化特征等方面分析其作用机理。结果发现,旱作和水作两种栽培方式下,蕹菜中重金属累积及土壤重金属有效性等方面出现了不同的变化规律:在水作条件下施用石灰比旱作能更有效地降低土壤铅镉有效态含量,而水作条件下施用石灰和生物炭均能在提高蕹菜产量的情况下降低蕹菜中铅镉含量,且施用6 g·kg~(-1)生物炭的效果最优。总的来说,与旱作模式相比,水作条件下施用改良剂往往对蕹菜-土壤系统中铅镉累积特性的影响效果更明显。