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。     

硅缓解植物重金属毒害机理的研究进展

硅对植物重金属胁迫具有重要的调节作用,研究表明:适当浓度的外源硅能够通过多种途径有效缓解重金属胁迫对植物生长发育的抑制和毒害作用,使植物内重金属富集系数和转运系数发生变化,减少植物对重金属的吸收积累;有效缓解重金属对细胞结构的伤害;促进植物生理生化代谢。硅缓解植物重金属毒害的机理可归纳为避逆作用和耐逆作用。避逆作用包括:提高土壤(介质)pH,改变其理化性质;改变土壤中重金属形态,使其沉积于土壤或根系周围,减少植物对重金属的吸收。耐逆作用包括:影响重金属在植物内转移、积累;刺激植物产生酚类物质并与重金属螯合;促进重金属离子在植物内区隔化分布,使其结合到细胞壁或液泡中;提高植物内抗氧化系统活性(SOD、POD、CAT、APX),有效清除重金属胁迫产生的活性氧。本文就近年来硅缓解重金属毒害作用及其机理的相关研究进行了归纳和总结,并对今后的研究重点进行了展望。     

硅缓解植物重金属胁迫的主要机理

重金属能在土壤中积累,造成土壤污染。硅能有效减轻植物和土壤中的重金属毒性。从6个方面来概述了硅缓解植物受到重金属胁迫时的主要机理,包括:硅与重金属在不同植物结构中的复合和共沉淀;对植物生长结构的改变;通过刺激抗氧化酶的活性来增强植物的抗氧化防御能力;改变重金属在植物体内的分布;通过改变土壤p H值来降低金属的生物利用度;对金属转运蛋白基因的调节,以期为缓解重金属污染研究提供参考。     

硅对植物抗逆性影响的研究进展

硅作为有益元素,具有促进植物生长、提高作物产量的作用,同时硅在增强植物抗逆性方面也发挥着重要作用。为进一步探究硅增强植物抗逆性的深层作用机制,本文综述了硅增强植物抵御生物胁迫（包括病原菌、害虫等）及非生物胁迫（干旱、盐害、重金属等）方面的研究进展,认为硅可通过改善植物形态、平衡养分吸收、调节激素代谢、改良土壤性状等多种作用机制缓解胁迫。针对硅的未来研究方向进行了展望,如硅抵抗各种胁迫的耦合机制,深入研究硅提高植物抗逆性的生物化学及分子机制以及加强新型硅肥及配套施用技术的研发。     

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。     

硅对植物抗旱性影响的研究进展

土壤水分不足是限制植物生长、影响植物产率的主要因素,通过破坏细胞的离子渗透平衡发挥作用。虽然硅通常被认为不是植物生长的必需元素,但是植物吸收硅后在一定程度上能够缓解生物和非生物胁迫。因此,使用硅元素能够在不利的气候和土地环境中提高作物的产量。大量的试验结果已经验证了硅的作用,但是硅发挥作用的机制还没被系统地讨论。因此,查阅了硅在植物中吸收、运输和积累以及硅如何能减轻干旱胁迫方面的研究情况。主要观点有以下几个方面:1硅元素的吸收有主动运输和被动运输两种形式。但是更多的硅转运方式仍不太明确,硅运输的过程需要进一步阐明。2硅在抗旱性方面的机制在生理生化层面上得到了部分的阐明,包括能增加根系水分的摄入、保持营养平衡、减少叶片的水分流失、促进光合速率和通过增加抗氧化酶活性、非酶抗氧化剂的活性,提高抗氧化能力。3硅能够在胁迫条件下调控植物内激素的平衡,然而硅在增加抗逆性相关信号转导和基因表达方面的机制仍有待探索。     

硅对铝胁迫下甘蔗幼苗的缓解效应研究

铝毒是酸性土壤地区普遍存在的实际问题,如何解决铝毒对作物的伤害是一个难点。采用营养液培养法,通过测定分析铝胁迫条件下不同浓度硅处理对甘蔗幼苗生长及生理指标的变化,研究硅对甘蔗幼苗铝毒的缓解效应。结果表明,铝胁迫处理(T1)与空白对照相比,甘蔗株高和干物质量显著下降,根系形态参数包括根总长、根直径、根体积和根表面积显著减少,根系活力、叶片SPAD值和超氧化物歧化酶(SOD)显著降低,丙二醛(MDA)含量和电导率显著升高,说明铝胁迫下,甘蔗植株的正常生长和生理活动均受到损害;而向营养液中添加1~2mmol/L硅酸钠处理(T2、T3),相比T1处理,甘蔗株高、干物质量显著增加,根系形态各项参数得到显著改善,甘蔗根系活力和叶片SPAD值显著提高,叶片丙二醛含量和电导率显著降低,表明硅能有效缓解铝对蔗苗的毒害。     

向日葵对重金属胁迫反应及其植物修复的研究进展

通过总结近年来国内外对向日葵在重金属胁迫下反应的研究,概述了向日葵对于重金属(Cd、Pb、Cu、Zn、Cr)污染的植物修复作用,并介绍了提高向日葵修复效率的主要措施,即施肥技术、栽培措施、植物修复剂和植物基因改良。     

重金属胁迫培养对微生物蛋白质含量的影响

[目的]研究重金属胁迫培养对微生物蛋白质含量的影响。[方法]选择4种典型微生物（大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、啤酒酵母、链霉菌）为试验材料,采用传统微生物培养方法,在不同浓度的Hg2＋、Cd2＋、Cr6＋和Pb2＋重金属离子下进行胁迫培养,通过测定4种典型微生物的蛋白质含量,探讨重金属胁迫对4种微生物蛋白质合成的影响。[结果]低浓度的重金属对4种微生物蛋白质的合成有一定的促进作用,随着重金属浓度的增加,微生物蛋白质的合成均受到不同程度的抑制。枯草芽孢杆菌对这4种重金属的耐受性比其他3种微生物要强,4种重金属离子在比较大的质量浓度范围内（5～50 mg/L）对枯草芽孢杆菌蛋白质的合成有促进作用。低浓度Cr6＋对大肠杆菌蛋白质的合成有较强的促进作用;Pb2＋对大肠杆菌蛋白质合成有明显的抑制作用,对其他3种微生物蛋白质合成在一定浓度范围内有促进作用;低浓度的Cd2＋对4种微生物蛋白质的合成都有促进作用。[结论]该研究为探讨微生物对重金属胁迫的生理响应提供了理论依据。     

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+。     

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。     

铅胁迫下硅对香樟幼苗生理的调控作用

为探究香樟对铅胁迫的生理响应及外源硅对香樟耐铅性的影响,以香樟幼苗为试材,研究不同浓度（0、500、1 000、2 000 mg/kg）铅胁迫及不同浓度（0、1 000和2 000 mg/kg）硅对香樟幼苗光合特性、渗透调节物质含量及抗氧化酶活性的影响。结果表明：500 mg/kg铅胁迫增强了香樟光合作用的能力,1 000、2 000 mg/kg铅胁迫抑制了光合作用,且铅浓度越高,抑制作用越严重;铅胁迫提高了丙二醛含量、渗透调节物质含量和抗氧化酶活性,且铅浓度越高,其增量越大。在相同铅、不同硅处理下,1 000 mg/kg硅的处理显著缓解了铅对香樟的胁迫效应,增大了叶绿素含量,提高光合能力,促进生成更多渗透调节物质帮助维持体内水势平衡,并减少丙二醛的产生,显著提高抗氧化酶活性,进而有效减轻铅胁迫导致的过氧化损伤;而2 000 mg/kg硅的处理表现相反,严重削弱了香樟幼苗抵御铅胁迫的能力。综上所述,香樟在2 000 mg/kg铅胁迫下能够生长正常,1 000 mg/kg硅可作为香樟在铅胁迫下的缓解剂,有助于保证香樟在铅污染地区的景观效果与生态效益。     

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。     

重金属胁迫对作物DNA胞嘧啶甲基化的影响

采用水培试验方法,研究了重金属胁迫对小麦水稻DNA胞嘧啶甲基化的影响。结果表明,和对照相比,Cu2+、Cd2+、Hg2+能明显使小麦和水稻地上部叶片和幼穗中的5-甲基胞嘧啶(5mC)的含量增高,即引起叶和穗DNA高甲基化。0.1、0.5mmol·L-1的Cu2+和Cd2+胁迫能使小麦根系DNA中的5-甲基胞嘧啶的百分含量显著高于对照,而各供试浓度的Hg2+以及1.0mmol·L-1的Cu2+和Cd2+胁迫则造成小麦根系DNA中的5-甲基胞嘧啶的百分含量显著低于对照,使DNA低甲基化。     

重金属胁迫对鱼类影响的研究进展

重金属是一类非降解且富集性较强的常见水体污染物,被鱼类摄取后可在脑组织、肾脏和肝脏等器官中富集,并对鱼类产生分子、生理生化等毒性作用,影响其生长发育、繁殖和代谢,甚至引起死亡。文章从重金属进入鱼体内的途径、重金属在鱼体内的富集情况、重金属对鱼类的毒性作用及其作用机制等方面综述了重金属胁迫对鱼类的影响,并提出今后应加强重金属胁迫对鱼类毒害作用机制的系统深入研究,探讨不同重金属对鱼类的联合毒性作用方式,确定重金属暴露浓度与响应指标间的剂量—效应关系及其影响因素,研究重金属胁迫下鱼类氧化胁迫发生的信号调控机制,同时加强环境重金属污染的早期预警生物标志物研究,将重金属对鱼类毒性的研究与水质监测及在线预警相结合,进行预警鱼类的筛选与驯化及鱼类生物学灵敏性信号指标选择等,为渔业环境监测及鱼类健康养殖提供科学依据。     

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.     

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。     

硅对盐胁迫下玉米幼苗生长的影响

采用砂基培养的方法 ,研究了硅对盐胁迫下玉米幼苗生长的一些生理指标的影响。结果表明 ,硅增强了盐胁迫下玉米幼苗硝酸还原酶的活性 ,促进了蛋白质的合成,提高了盐胁迫下玉米叶片的光合速率和干物质重 ,改善了玉米幼苗体内的水分代谢和水分利用率。在盐胁迫下 ,硅降低了玉米幼苗根系质膜透性 ,增强了根系的活力 ;抑制了玉米对钠离子的吸收 ,促进了对钾离子的吸收。     

植物根系分泌物在重金属胁迫下的响应研究进展

植物在遭受重金属胁迫时,会改变根系分泌物的分泌情况来响应重金属胁迫.根系分泌物的变化与植物种类、重金属类型等多种因素有关.本文综述了重金属胁迫下,植物根系分泌物中有机酸、氨基酸、可溶性糖的变化以及这些组分的作用,为研究植物对重金属的耐受性和适应性,以及明确各组分的响应机制,提供理论依据.