外源硫诱导玉米镉胁迫耐性的生理机制研究

采用水培试验,研究根部施加外源SO_4~(2-)对Cd胁迫下玉米幼苗相关关键生理指标的影响,并分析Cd在玉米组织和亚细胞分布情况,探究外源硫S对玉米响应镉(Cd)胁迫的影响机制。结果表明,外源SO_4~(2-)处理,可显著降低Cd胁迫下玉米叶片与根中的丙二醛含量、相对电导率和抗氧化酶(SOD、CAT)活性。同时,根中抗坏血酸、非蛋白硫醇、植物螯合素含量在外源SO_4~(2-)处理后显著上升,在叶片中的变化不显著。外源SO_4~(2-)处理可降低玉米叶片中Cd含量,提升在根中的含量。根细胞壁和液泡中的Cd含量显著上升,从而减少Cd向地上部分的运输量。根细胞液泡膜中Cd运输专一性基因HMA3在外源SO_4~(2-)处理后,表达水平显著增强。因此,外源S可以通过提升Cd胁迫处理下玉米根细胞壁中Cd含量和抗坏血酸的保护作用,同时促进液泡的区室化作用,降低Cd向玉米地上部位的转运,以增强玉米对Cd胁迫的耐受性。     

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。     

肥料和硫处理对镉胁迫下茭白植物络合素（PCs）含量的影响

以单季茭品种蒋墅茭和双季茭品种葑红早为试材,土壤为栽培介质,对100 mg?L-1 Cd2+胁迫进行不同肥料和不同浓度的硫处理,研究了茭白根系和叶片中的非蛋白巯基、谷胱甘肽及植物络合素含量变化。结果表明：供硫能促进茭白根系和叶片中非蛋白巯基、谷胱甘肽及植物络合素含量的增加,能增强茭白对镉胁迫的抗性;无机肥（三元复合肥）处理的谷胱甘肽、植物络合素含量高于有机肥（菜籽饼）处理;根系中的非蛋白巯基、谷胱甘肽及植物络合素含量显著高于叶片;品种间则以蒋墅茭高于葑红早。     

小麦幼苗铬吸收的基因型差异及耐性机理

为了解小麦对铬的抗性机理,以两个铬(Cr)抗性不同的小麦品种鲁麦22(抗Cr)和周麦9号(Cr敏感)为材料,采用水培试验研究了Cr胁迫下小麦幼苗的生长特性、对Cr积累能力的差异及其耐性机理。结果发现,Cr胁迫降低了两个小麦品种的干物质积累量、根长、根表面积、株高和叶面积,耐Cr品种鲁麦22受抑程度较周麦9号轻。两个小麦品种的根系和地上部总Cr含量、细胞壁Cr含量及可溶性Cr含量均随Cr处理浓度的增加而升高,且根系中Cr含量显著高于地上部。鲁麦22根系与地上部总Cr含量的比值显著高于周麦9号;根系及地上部细胞壁Cr含量与总Cr含量的比值也显著高于周麦9号,而可溶性Cr与总Cr含量的比值显著低于周麦9号。Cr处理显著增加了两个小麦品种的根系和叶片中植物螯合肽(PCs)、可溶性蛋白和游离氨基酸的含量,且鲁麦22的增幅显著高于周麦9号。研究表明,抗Cr小麦品种具有更强的阻碍Cr向地上部转运的能力,其植株Cr主要分布于根系和地上部细胞壁中,细胞质内Cr含量较低,受Cr毒害程度降低;PCs、可溶性蛋白和游离氨基酸可能与植物细胞的Cr解毒有关。     

重金属植物螯合肽(PC)的研究进展

综述了近年来植物螯合肽(PC)研究的一些最新进展,主要对PC的结构、在植物体内的合成及PC在植物体内的功能和作用进行了阐述,并展望了其今后的发展前景。     

苋菜AmPCS基因的克隆及表达载体构建

合成植物络合素(PCs)是高等植物减轻重金属毒害的重要机制。通过对镉超积累苋菜品种天星米植物络合素合成酶基因(PCS)的克隆及表达载体构建,旨在为植物修复镉污染土壤奠定基础。依据同源克隆原理,通过RT-PCR和RACE方法克隆苋菜PCS基因。序列分析表明:苋菜PCS基因cDNA全长1 770 bp,包含完整的阅读框,编码485个氨基酸;苋菜PCs合成酶与拟南芥、遏蓝菜、芥菜及油菜PCs合成酶相似性为91.96%～95.67%,其氨基酸序列N端有1个Pfam:Phytochelatin结构域(功能为催化合成植物络合素)、C端有1个Pfam:Phytochelatin_C结构域(功能为重金属离子感应器)。因此,推断苋菜PCS基因编码蛋白是PCS-like家族的新成员,具有催化合成植物络合素的功能,将它在GenBank注册,序列号为:JN979370,命名为AmPCS。在AmPCS基因的编码区加入BamH I和Sac I酶切位点,双酶切植物表达载体pBI-121和带有酶切位点的PCR产物,成功获得苋菜PCS基因正义表达载体pBI-PCS。     

Cadmium-induced production of phytochelatins and speciation of intracellular cadmium in organs of Linum usitatissimum seedlings

The capacity of most flax (Linum usitatissimum L.) varieties and cultivars to accumulate cadmium (Cd), underlined by their Cd-tolerant phenotype, brought an interest in their use in phytoextraction of soil Cd to aboveground biomass. The aim of this study was to gain an insight into the mechanism of intracellular detoxification of Cd, by exploring the response of flax seedlings, cultivar AGT 952, to 12 days growth at 50-500 μM Cd. The majority of accumulated Cd (67-74%) was retained in roots, which showed reduced elongation (by 50% at 100 μM Cd) and 3.5 (at 50 μM Cd) to 9.6 (at 500 μM Cd) times higher concentration of Cd than in shoots. Labeling of roots with Leadmium fluorescent marker visualized intracellular localization of Cd. High-performance liquid chromatography of extracts from Cd-treated seedlings revealed induced synthesis of phytochelatins, small intracellular peptides binding Cd through cysteine of their repeating (γ-Glu-Cys)_n motives (PCn). Regardless the treatment, PC3 was dominant in all organs and PC2 was restricted to cotyledons. Larger PC4 and PC5 accumulated only in roots grown at 500 μM Cd. Size exclusion chromatography of the organ extracts from seedlings exposed to 100 μM revealed the presence of 2-kDa complexes equated to low-molecular weight (LMW) Cd-PC complexes. In roots, the majority of Cd was stored in ≥9-kDa complex corresponding in apparent molecular mass to stable high-molecular weight (HMW) CdS-PC complexes of yeasts and plants. Data demonstrate that, like in most other plants, the response of flax to Cd involved phytochelatins and suggested that the deposition of Cd in HMW complex should be considered the intrinsic feature reducing translocation of Cd to shoots.