丛枝菌根对植物修复重金属污染土壤的功能研究进展

自19世纪60年代,随着工矿企业的迅速发展,土壤污染问题也随之恶化,由于重金属在自然环境中无法被微生物所降解,所以,重金属污染土壤的修复也越来越成为全球关注的重点。丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal AM)是土壤中一类特殊真菌菌丝与植物根系共生所形成的复合器官。地球上大部分有花植物都具有丛枝菌根。在受重金属污染的土壤条件下,菌根结构对土壤中重金属元素的植物稳定以及增强寄主植物抗逆性、促进寄主植物吸收重金属元素方面具有重要作用,因而,在重金属污染土壤的修复中体现出潜在的应用价值。文章综述的主要目的是总结目前丛枝菌根对重金属污染土壤进行修复的策略和技术的研究进展,并对丛枝菌根在植物修复重金属污染土壤的前景进行展望。     

不同温度条件下土壤粘着剂对宽叶雀稗种子发芽与幼苗生长的影响

为探索水土流失区植被恢复中植物种子发芽和幼苗生长的适宜条件,选取我国南方水土保持良种宽叶雀稗种子为试验材料,以长汀水土流失区的表层土壤为种子发芽基质,添加4个土壤粘着剂PAM浓度梯度(0、0.5、1.0和2.0 g·L^-1),采用人工气候箱控制4个温度梯度(15、20、25和30 ℃)进行种子萌发试验,研究温度和土壤粘着剂对宽叶雀稗种子发芽及幼苗生长的影响。结果表明,15~30 ℃随着温度升高,宽叶雀稗种子发芽开始时间由第10天提前至第3天,结束时间由第26天提前至第9天,温度越高,种子开始发芽时间越早,发芽速率越快;20和25 ℃时,宽叶雀稗种子发芽率和发芽势较高,20~30 ℃种子发芽指数与活力指数、幼苗生长与生物量显著高于15 ℃处理。添加土壤粘着剂有利于延长宽叶雀稗种子发芽历程与生长期,提高种子发芽速率;中低浓度粘着剂(0.5、1.0 g·L^-1)可提高种子发芽率、发芽势、发芽指数与活力指数,高浓度粘着剂(2.0 g·L^-1)对种子发芽有抑制作用,但中高浓度粘着剂(1.0、2.0 g·L^-1)可促进苗高和根长生长,提高幼苗生物量与根冠比。研究结果为宽叶雀稗在水土流失区的植被恢复应用提供科学参考依据和技术指导。     

类芦根细胞壁对铅的吸附固定机制

为探究类芦对Pb的耐性机制,采用对根细胞壁化学改性处理,测定Pb吸附动力学。结果表明,通过酯化改性去除部分羟基官能团后的根细胞壁对Pb~(2+)的吸附量相对降低了68.1%,其次为通过果胶酶改性去除部分果胶和通过甲基化改性去除部分氨基后的细胞壁,对Pb2+的吸附量相对降低48.9%与41.1%。利用傅里叶红外光谱分析,再结合FTIR图可得出,果胶提供的羟基基团、纤维素和半纤维素提供的羧基基团以及细胞壁蛋白提供的氨基官能团都是类芦固定Pb~(2+)的重要位点。研究表明,细胞壁组分中的羟基、羧基和氨基可以提供Pb结合位点,特别是羟基官能团可以使细胞壁对Pb具有较高的吸附固定能力,这也是类芦能够抵御Pb胁迫的一种重要机制。     

RNA-Seq定量分析盐肤木对铅胁迫的响应

为探究重金属污染地生态修复先锋植物——盐肤木对重金属胁迫的分子响应机制,设置3个铅胁迫水平(0、250、1000mg·kg~(-1)),应用Illumina HiSeq~(TM)2000进行盐肤木根系的转录组测序,并通过Gene Ontology(GO)与Pathway功能显著富集分析方法,分析说明盐肤木响应不同铅胁迫水平下的差异表达基因。结果表明,盐肤木在遭受轻度铅胁迫时,主要有4类水解酶与2类磷酸酶相关基因显著富集,说明盐肤木主要通过调节细胞内水解酶与磷酸酶相关基因来抵御胁迫,而在重度铅胁迫下,主要有6类氧化还原酶相关基因出现显著富集,此时氧化还原酶相关基因起到主要调节作用;盐肤木在铅胁迫下细胞受损,在轻、重度铅胁迫下,分别有24、16类细胞相关基因显著富集,但其自身可通过调节细胞内细胞器、细胞质等相关的细胞运动以应对逆境;核糖体代谢通路是盐肤木适应铅胁迫的主要代谢通路。研究表明,核糖体相关基因是盐肤木响应铅胁迫的主要应答与调节基因。     

外源有机酸对蚯蚓Zn积累的影响及毒性研究

为研究外源有机酸是否会增加土壤动物蚯蚓对重金属的吸收,从而加剧重金属对土壤生态系统的危害,采用溶液法,以锌为目标污染物,研究添加有机酸(乙酸、草酸、柠檬酸和EDTA)后,重金属对蚯蚓的毒害效应。结果表明,有机酸能有效缓解Zn对蚯蚓的毒性,缓解强弱顺序为EDTA柠檬酸草酸乙酸,主要表现为蚯蚓死亡率降低。暴露在Zn浓度为5,10,15 mg/L的溶液中时,死亡率分别为20%,55%,83.75%,随着有机酸浓度增加,蚯蚓死亡率下降越显著;抗氧化酶(SOD、CAT)和丙二醛(MDA)含量下降,不同的有机酸对蚯蚓SOD、CAT活性的影响不一,MDA含量则有明显的下降趋势,甚至接近于对照水平。这主要是由于有机酸抑制了蚯蚓对Zn的富集,有机酸的络合作用改变了Zn的亚细胞分布,E(胞残渣)组分的比例下降,而H(热稳定组分)组分上升,从而降低了重金属所引起的毒害。因此,有机酸在控制重金属的生物可利用性方面具有重要作用。     

浅析生物炭对土壤碳循环的影响

土壤碳是陆地碳库的重要组成部分,土壤碳循环过程中的细微变化都将影响大气中温室气体的排放。近年来,生物炭在土壤固碳减排方面的作用受到了广泛的关注。生物炭含碳量高、稳定性强、孔隙度高等特性使得其对土壤固碳、有机质矿化及温室气体排放等方面均能造成影响。文章主要针对生物炭对土壤碳循环影响的结果,以及不同种类的生物炭对土壤碳循环影响的差异进行分析,并对当前该领域研究上存在的争议及对未来研究的方向进行了展望。     

不同水分条件下生物炭对红壤磷素形态及磷酸酶活性的影响

为探究土壤不同水分条件下生物炭对红壤磷素形态转化及磷酸酶活性的影响,以期为土壤磷素管理和生物炭合理利用提供参考。通过设置土壤不同含水量(33%、66%、100%)与生物炭添加量(0、0.5%、2%)进行培养试验,测定土壤的有效磷、各磷素形态(Al-P、Ca-P、Fe-P、O-P)及土壤酸性磷酸酶与碱性磷酸酶活性。结果表明:生物炭的施入显著提高了土壤有效磷含量;在培养前期,生物炭主要增加土壤中难溶态的Al-P含量,这主要是由生物炭带来的可溶性磷进入土壤中转化所导致;在培养后期,水分与生物炭都能够在一定程度上活化土壤中的Ca-P、Fe-P与O-P,释放更多磷素。生物炭本身呈碱性,添加到土壤中,有效中和了土壤酸度,使得土壤pH值上升2.82～3.13个单位,土壤酸性磷酸酶活性下降。此外,淹水条件能够降低土壤的酸性磷酸酶与碱性磷酸酶活性。研究表明,生物炭的添加能够有效提高土壤pH值、有效磷含量,同时降低土壤酸性磷酸酶的活性。     

铅胁迫对金丝草AsA-GSH循环及铅积累的影响

为了探究金丝草的耐铅(Pb)机制,以金丝草为材料,测定不同浓度(0、1000、2000、3000 mg·kg-1)Pb胁迫下金丝草抗坏血酸-谷胱甘肽(As A-GSH)循环和亚细胞分布等指标。结果表明:低浓度(1000 mg·kg-1)Pb胁迫下金丝草叶片谷胱甘肽还原酶(GR)、还原型谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸(As A)含量高于对照,但未达显著水平(P0.05);金丝草根系GR、As A、抗坏血酸过氧化物酶(APX)含量则显著增加(P0.05),较对照增长41.1%、60.6%和74.0%。同时,低浓度(1000 mg·kg-1)Pb胁迫对金丝草根系总根长、根表面积、根平均直径和根体积也有一定促进作用。高浓度(2000、3000 mg·kg-1)Pb胁迫下,金丝草根系总根长、根表面积和根体积显著降低(P0.05),叶片及根系细胞内叶绿体、线粒体、核仁等亚细胞器损伤严重,毒害作用渐显。但金丝草叶片和根系GR、GSH、As A含量在高浓度Pb处理下仍高于对照,细胞壁和可溶性组分Pb含量显著高于低浓度Pb处理(P0.05),且两组分Pb含量占总量69%以上。研究表明,金丝草可通过诱导体内As A-GSH循环响应和Pb在亚细胞的差异化分配,增强植株抗氧化能力,限制Pb转运及其对细胞活跃区域的毒害来适应土壤Pb逆境。     

柳叶箬对Pb胁迫的生理响应及其体内Pb的亚细胞分布研究

以Pb超富集植物柳叶箬(Isachne globosa)为研究对象,采用室内模拟Pb胁迫水培试验,设计不同Pb浓度(0、250、500、1000、1500 mg·L~(-1))胁迫处理,测定柳叶箬体内不同化学形态Pb、有机酸和非蛋白巯基含量,以及体内Pb的亚细胞分布,探讨柳叶箬对Pb胁迫的响应机理。结果表明:随Pb胁迫浓度的增大,柳叶箬体内各化学形态的Pb含量显著增大(P0.05);Pb胁迫条件下,柳叶箬体内的Pb以盐酸提取态为主,其次为醋酸提取态、NaCl提取态和乙醇提取态,去离子水提取态和残渣态含量较低;柳叶箬叶片的柠檬酸和苹果酸,以及体内非蛋白巯基含量均随Pb浓度的增加而显著增加(P0.05);电镜观察发现,大部分Pb~(2+)被束缚在细胞壁中,细胞区室化作用显著。以上结果表明,有机酸和非蛋白巯基的螯合作用以及Pb的细胞区室化作用对柳叶箬在Pb胁迫过程中具有重要解毒作用。     

杉木对低磷胁迫的响应和生理适应机制

[目的]研究低磷胁迫对杉木幼苗各种抗氧化酶等生理指标的变化影响,探讨抗氧化酶活性与杉木耐低磷能力的关系,揭示低磷胁迫下杉木养分吸收的适应机制,阐明杉木体内生物大分子对低磷胁迫的响应。[方法]通过设置不同磷浓度(0、0.25、0.50、1.00 mmol·L~(-1))Hoagland营养液,模拟低磷胁迫试验,测定低磷胁迫对杉木幼苗的生理指标的影响,研究低磷胁迫对杉木幼苗养分吸收的影响机制以及测定杉木幼苗不同部位的光谱特性。[结果]随着缺磷程度的增加,杉木幼苗中SOD活性、CAT活性以及叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均先升后降,根系中POD活性呈现出升高的趋势、MDA含量先降再升后降,叶片中POD活性和MDA含量先降后升。低磷胁迫对杉木幼苗根系和叶片吸收利用营养元素有显著影响。杉木苗根系所含的Mn随着缺磷程度的增加呈上升趋势,而Al和Cu先降后升,Fe和K则有所下降,Ca先升后降。此外,杉木叶片中Fe和Mn的积累量呈降低的趋势,Cu和K先升后降。低磷胁迫对杉木幼苗根系和叶片组织在3 367、2 924、1 736、1 630、1 380、1 150 1 000 cm~(-1)处特征峰吸光值影响不同。[结论]低磷胁迫下,杉木幼苗的根系和叶片会通过改变保护酶(SOD、CAT和POD)活性抑制MDA形成,降低膜脂过氧化对细胞膜系统的破坏,通过增加对其他养分元素的吸收来规避损伤以及通过改变不同部位糖类、氨基酸和蛋白质等物质含量来适应低磷环境。