根瘤菌-豆科植物共生体系在重金属污染环境修复中的地位、应用及潜力

土壤重金属污染严重影响了人类健康和生态系统稳定,已成为亟待解决的现实问题。在重金属污染地,氮素的极端不足是植被恢复主要限制因子之一。根瘤菌-豆科植物共生体系是固氮能力最强的生物固氮体系,在促进重金属污染地氮素循化和营养元素积累中具有重要作用。本文阐述土壤重金属污染的修复方法及其特点,微生物抗重金属的机理及促植物生长和重金属积累的特性,根瘤菌-豆科植物共生体系在土壤重金属污染修复中的优越性,研究现状及应用潜力。提出应用"豆科植物-根瘤菌共生体系"修复重金属污染土壤的新思路和新任务。     

强化植物修复重金属污染土壤的策略及其机制

重金属对生态环境、农业生产、人类健康等诸多方面造成重要危害。植物修复因其具有经济有效、绿色生态等优点,已经成为土壤重金属污染修复研究领域的热点。由于植物重金属毒害、修复耗时过长等因素致使植物修复技术受限于研究阶段而不能广泛应用于实践。采用科学合理的强化措施提高植物修复的效率可能是解决该矛盾的关键之一。讨论了根瘤菌、丛枝菌根真菌、溶磷微生物和内生真菌构建的微生物-植物共生系统在强化植物修复过程中的具体应用;概述了EDTA、EDDS等螯合剂在改变土壤中重金属可溶态,促进重金属从土壤向植株转运的重要作用;介绍了植物中编码金属转运蛋白、金属硫蛋白、植物螯合肽等与重金属转运和代谢相关的基因在植物修复领域的实际应用;归纳了上述强化策略主要机制为微生物促进植物生长、缓解重金属植物毒性以及提高了土壤中重金属生物利用度,从而促进重金属在富集植物中积累和植物生物量的增加;最后总结并展望了植物修复强化技术在今后研究的重点及存在的问题。综述植物修复技术采用的主要强化策略及其机制,旨在为利用植物修复技术治理土壤重金属污染提供重要参考。     

豆科植物SHR-SCR模块——根瘤“奠基细胞”的命运推手

豆科植物-根瘤菌共生固氮是可持续性农业氮肥的最重要来源。根瘤作为豆科植物共生固氮的一种特化植物侧生器官, 提供了根瘤菌生物固氮必需的微环境, 是根瘤菌的安身之本, 因此, 根瘤的正常发育是实现豆科植物-根瘤菌共生固氮的结构基础。根瘤器官的从头发生主要起始于根瘤菌诱导的根皮层细胞分裂。通常认为豆科植物的根皮层具备有别于非豆科植物根皮层的某种特异属性, 从而响应根瘤菌并与之建立固氮共生, 但长期以来该属性决定的分子机制一直不明确。近日, 中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛团队以蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)等豆科植物和拟南芥(Arabidopsis thaliana)等非豆科植物为研究对象, 发现豆科植物中保守的SHR-SCR干细胞模块决定了其皮层细胞分裂潜能从而赋予根瘤器官发生的命运。该研究揭示了豆科植物根瘤发育的全新机制, 提供了研究和理解植物-根瘤菌固氮共生进化的重要线索, 对提高豆科作物固氮效率和非豆科作物固氮工程具有重要意义。     

印度梨形孢-植物共生关系的建立及共生体对重金属胁迫的响应

重金属污染土壤的治理一直是全球热点问题,植物-微生物联合修复技术因其高效、经济和减少二次污染而被广泛关注.印度梨形孢是一种能够与植物共生的真菌,它能够通过与植物建立共生关系的方式来提高宿主植物的生长和耐胁迫能力.本文系统总结了印度梨形孢-植物体共生关系的建立过程,以及重金属胁迫下共生体的生长、光合作用、抗性生理指标、防御基因表达和对重金属富集等响应的研究进展,并针对研究现状提出了展望.文章对深入了解利用印度梨形孢与植物共生体对重金属污染土壤的修复提供了理论参考.     

The Legume SHR-SCR Module Predetermines Nodule Founder Cell Identity

豆科植物-根瘤菌共生固氮是可持续性农业氮肥的最重要来源。根瘤作为豆科植物共生固氮的一种特化植物侧生器官, 提供了根瘤菌生物固氮必需的微环境, 是根瘤菌的安身之本, 因此, 根瘤的正常发育是实现豆科植物-根瘤菌共生固氮的结构基础。根瘤器官的从头发生主要起始于根瘤菌诱导的根皮层细胞分裂。通常认为豆科植物的根皮层具备有别于非豆科植物根皮层的某种特异属性, 从而响应根瘤菌并与之建立固氮共生, 但长期以来该属性决定的分子机制一直不明确。近日, 中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛团队以蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)等豆科植物和拟南芥(Arabidopsis thaliana)等非豆科植物为研究对象, 发现豆科植物中保守的SHR-SCR干细胞模块决定了其皮层细胞分裂潜能从而赋予根瘤器官发生的命运。该研究揭示了豆科植物根瘤发育的全新机制, 提供了研究和理解植物-根瘤菌固氮共生进化的重要线索, 对提高豆科作物固氮效率和非豆科作物固氮工程具有重要意义。     

豆科植物-根瘤菌共生固氮的免疫调控机制

在长期进化中,根瘤菌与豆科植物形成一种独特的互惠共生关系——共生固氮。根瘤菌-豆科植物共生互作与病原细菌激发植物病原反应极为相似,然而根瘤菌的入侵和定殖并没有激发宿主豆科植物过度的防御反应,植物也进化出特殊的共生信号转导和根瘤发育途径来"邀请"根瘤菌的入侵和定殖。此外,植物防御反应也很大程度上调控根瘤菌与豆科植物共生的宿主特异性。越来越多的研究表明,植物防御反应在调控根瘤菌匹配识别、入侵、定殖以及类菌体发育等方面起关键调控作用。从植物免疫反应角度综述了根瘤菌与豆科植物共生互作的最新进展,通过与病原菌-植物互作的病原反应对比,论述了根瘤中植物感知微生物相关分子模式(MAMP,Microbe-Associated Molecular Patterns)和效应蛋白引起的免疫反应的调控机制。     

根瘤菌与豆科植物之间的“分子对话”

根瘤菌是一类格兰氏阴性好气的异养型土壤细菌,它们能侵染豆科植物形成一种特殊的结构—根瘤,将大气中的氮气转化为植物可以直接利用的氨,即共生固氮作用。其在农业上的潜在应用价值推动了全世界范周内的科学家进行了一个多世纪的持续研究。目前,根瘤菌与豆种植物共生固氮体系是所有微生物与植物相互作用中了解得最为清楚的一个系统。 宿主专一性(host specificity)是这一共生固氦体系的一个非常重要的特征,即每一种根瘤菌(或菌株)都有一定的宿主范围,只能在一定数量的豆科植物上结瘤。研究表明,在共生体系形成的过程中,     

超积累植物与丛枝菌根真菌共生及其联合吸收积累重金属的效应

利用超积累植物进行重金属污染土壤修复是应对全球大面积分布无机污染问题的重要解决方法之一。超积累植物虽然具有超量积累重金属的能力,但其定植、生长和提取功能的发挥都受到重金属胁迫的显著影响。利用丛枝菌根真菌 (Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF) 强化超积累植物功能可联合发挥二者的功能优势,提升修复效率、缩短修复周期、保持修复效果的稳定性和长期性,在日益复杂、严峻的重金属污染治理领域具有重要的研究价值和广阔的应用前景。文中首先给出了超积累植物的概念、中国本土首次报道的典型重金属元素超积累植物和能与AMF形成共生体系的超积累植物名录,系统深入地探讨了AMF对超积累植物生长和吸收累积重金属的影响,以及超积累植物+AMF联合吸收积累重金属的效应与作用机制,认为AMF可通过调节根围理化与生物条件、元素平衡状况、生理代谢和基因表达等途径,增强超积累植物吸收积累重金属的效应,超积累植物+AMF构建的共生体系具备联合修复重金属污染生境的潜力。最后指出了超积累植物+AMF共生联合修复技术当前面临的关键问题、发展方向和应用前景。     

重金属污染土壤植物修复中的微生物功能研究进展

综述了国内外在重金属污染土壤植物-微生物联合修复领域的研究报道,总结了近5年的研究实例。植物-微生物联合修复体系具有生物固定与生物去除土壤重金属的两种功能,根际微生物可以菌根、内生菌等方式与根系形成联合体,通过增强植物抗性和优化根际环境,促进根系发展,增强植物吸收和向上转运重金属的能力。建立植物-微生物联合修复体系,可充分发挥植物与微生物作用功能的优势,提高污染土壤的修复效率。增强植物修复体系中微生物功能的重点是深入研究根际微生物、根系和介质载体三者之间复合功能,结合污染土壤类型与植物群落配置的特点筛选扩繁高效菌种与菌群。     

溶磷微生物在钝化和植物修复重金属污染土壤中的作用

钝化和植物修复是重金属污染土壤修复的重要技术手段,而溶磷微生物可进一步增强钝化和植物修复重金属污染土壤的作用。介绍了钝化和植物修复重金属污染土壤的基本原理,总结了溶磷微生物对土壤中难溶性磷酸盐的溶解、利用磷酸盐钝化修复重金属污染土壤、溶磷微生物对磷酸盐钝化修复的强化以及溶磷微生物强化植物修复重金属污染土壤的研究进展,探讨了溶磷微生物对重金属的抗性及其溶磷机理、溶磷微生物对磷酸盐钝化修复重金属污染土壤的强化作用机理以及溶磷微生物强化植物修复重金属污染土壤的作用机理。旨在为生物修复重金属污染土壤研究提供一定的理论依据和技术支撑。     

Bt作物秸秆还田对土壤生态系统的影响研究进展

随着Bt作物种植面积的逐年增加, 人们对Bt作物释放后潜在的安全性也越来越关注。Bt作物释放的Bt蛋白可以主要通过秸秆还田方式进入土壤进而可能会对土壤生态系统造成影响。本文综述了Bt作物秸秆还田释放的Bt蛋白在土壤中的降解及对土壤生态系统影响的研究进展。重点阐述了①Bt作物秸秆还田释放的Bt蛋白在土壤中的降解; ②Bt作物秸秆还田对土壤微生物的影响; ③Bt作物秸秆还田对土壤动物的影响; ④Bt作物秸秆还田对土壤酶活性的影响; ⑤Bt作物秸秆还田对土壤养分含量的影响。从而为Bt作物秸秆还田对土壤环境的生态风险评价提供参考。     

果实蝇求偶行为与求偶歌

果实蝇Bactrocera是危害经济作物的一类重要农业害虫,研发有效的果实蝇防控技术是现代农业产业发展的迫切需求。雄性不育技术是防控果实蝇高效绿色的防控方法。深入研究果实蝇求偶行为是雄性不育技术顺利开展的前提,也能为开发新防控技术提供有效的生物学靶标。本文将以果蝇研究作为对照,对果实蝇求偶行为与求偶歌的研究相关进展进行总结。果实蝇求偶行为基本属于预交配求偶行为,但其求偶歌中是否具有物种特异性的特征参数还有待验证。这为下一步开展果实蝇求偶行为与求偶歌的研究工作提供了基本依据与方向性引导。     

褐飞虱应对水稻抗虫物质麦黄酮刺激的唾液蛋白组学响应

为研究褐飞虱响应麦黄酮刺激的分子机理,应用差异蛋白质组学方法分析褐飞虱唾液腺响应麦黄酮刺激处理的蛋白质组变化趋势。结果表明,麦黄酮处理褐飞虱6 h差异蛋白数量90个,其中上调蛋白62个,下调蛋白28个;处理褐飞虱24 h差异蛋白数量27个,其中上调蛋白10个,下调蛋白17个,6 h的差异蛋白数量显著大于24 h。麦黄酮处理可以引起褐飞虱唾液腺丝氨酸蛋白酶及其同系物产生显著变化。通过对差异蛋白进行GO功能分析和KEGG通路分析,发现麦黄酮处理褐飞虱引起褐飞虱唾液腺蛋白变化主要集中在应激蛋白和代谢这两大类上,分别占了所有差异蛋白的50%以上,麦黄酮处理引起褐飞虱唾液响应蛋白主要参与了氨基酸代谢、唾液分泌系统、能量代谢、碳水化合物代谢等通路。     

500 kV国安输变电工程穿越水源保护区的生态影响与生态保护调查分析

由于经济和民生需求的严重制约, 有时输变电工程难以避免穿越重要而又脆弱的生态敏感区。输变电工程的生态影响主要包括对沿线的野生动植物及其栖息地的影响、对林草等天然植被的影响、对水土保持与水源涵养的影响。以广东珠海500 kV国安输变电工程为案例, 在调查总结工程建设期生态影响基础上, 结合环保验收和运行近十年来的生态保护工作情况, 开展生态影响后评价。结果表明, 项目按照法规要求落实相应的环保措施, 对水源保护区敏感目标密切相关的植被保护、水土保持、水源涵养与水质保护等工作落实到位, 对敏感保护目标的影响轻微, 相关经验可为类似工程项目的生态保护提供科学参考。     

桔小实蝇视叶结构特征及5-羟色胺能神经元的分布

桔小实蝇是重要的果蔬害虫,它对不同颜色的光表现出不同的趋性。为了明确其视觉感受的结构基础,本研究采用免疫组织化学染色技术结合激光共聚焦成像分析了桔小实蝇成虫视叶内神经髓结构组成和体积大小,并利用5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)抗体标记了视叶内5-羟色胺能神经元,研究了其在视叶内的分布特征及细胞体数量。结果表明,桔小实蝇成虫的视叶由视神经节层、视髓、副视髓、视小叶和视小叶板5个神经髓结构组成,其中雌成虫的视髓相对体积极显著的大于雄虫的视髓相对体积。桔小实蝇每个视叶中包含12个5-HT能神经元细胞体,位于视髓的腹内侧,副视髓的前方。视叶5个神经髓区均含5-HT能神经纤维,但它们的神经纤维来自不同的神经元。对视叶神经髓结构及5-HT能神经元分布特征的研究将为未来构建桔小实蝇视觉神经通路和阐明5-HT对视觉感受的调控机制奠定解剖学基础。     

蜕皮激素对家蚕脂肪体中BmATG8蛋白亚细胞定位与细胞核皱缩的调控

【目的】昆虫脂肪体是物质合成代谢、先天免疫的重要器官。ATG8蛋白的亚细胞定位是细胞自噬的主要指标之一,细胞核皱缩是细胞凋亡的形态标记之一,目前家蚕 Bombyx mori 中尚未在蜕皮和变态发育进程中对BmATG8蛋白的细胞生物学变化进行观察。本研究旨在同时检测家蚕脂肪体细胞中BmATG8蛋白亚细胞定位和细胞核皱缩的时空变化,研究蜕皮激素(20E)信号对两者的调控作用。【方法】利用免疫荧光和Hoechst染色方法,分别在家蚕幼虫4龄第2天至预蛹第2天、5龄第2天幼虫注射20E (10 μg/头)后以及对游走期幼虫脂肪体中20E受体基因 usp 进行RNAi后,检测家蚕脂肪体中BmATG8蛋白定位和细胞核形态变化。【结果】在家蚕幼虫蜕皮和幼虫-蛹变态发育时期,BmATG8蛋白高水平存在于脂肪体细胞中,同时细胞核发生皱缩。在正常摄食时期,20E处理(10 μg/头)能够诱导细胞中大量出现BmATG8蛋白且存在于细胞质中并诱导细胞核皱缩。对 usp 基因进行RNAi后,脂肪体细胞内的BmATG8蛋白显著减少,同时细胞核皱缩减弱。【结论】家蚕BmATG8蛋白不仅在幼虫-蛹变态时期细胞质中大量存在,而且在幼虫蜕皮时期也大量表达,与细胞核的皱缩同时出现,BmATG8蛋白在细胞质中的定位与细胞核皱缩两者均受到 20E信号通路的调控。本研究为BmATG8蛋白功能及其调控机制的深入研究提供了重要的科学依据。     

艾叶精油对玉米螟赤眼蜂的影响及两者对米蛾的联合作用

玉米螟赤眼蜂是生物防治中一种重要的天敌昆虫,为探明艾叶精油对玉米螟赤眼蜂的影响及两者对米蛾的联合防治效果,本文研究了艾叶精油熏蒸、触杀、驱避活性对玉米螟赤眼蜂的影响及艾叶精油和玉米螟赤眼蜂对米蛾的联合作用。结果表明,艾叶精油熏蒸和触杀处理对玉米螟赤眼蜂卵具有明显影响,寄生在米蛾卵上的玉米螟赤眼蜂卵经0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6μg/cm3艾叶精油熏蒸处理72h后玉米螟赤眼蜂的羽化率分别为56.67%、49.33%、44.00%、33.33%、26.00%和14.67%;寄生在米蛾卵上的玉米螟赤眼蜂卵经100、200、300、400、500、600mg/L艾叶精油触杀处理72h后玉米螟赤眼蜂的羽化率分别为54.00%、45.33%、38.00%、28.67%、18.00%和6.00%,均与对照组表现出显著性差异。艾叶精油驱避活性对玉米螟赤眼蜂成蜂也有明显的影响,300mg/L艾叶精油对玉米螟赤眼蜂的驱避率79.05%,随着时间间隔和距离间隔的增加,这种影响作用降低;联合应用艾叶精油与玉米螟赤眼蜂时先释放玉米螟赤眼蜂,24h后再滴加艾叶精油的防治效果最佳,米蛾的死亡率可高达96%。     

水稻关键化感物质稻壳酮的研究综述

杂草给水稻(Oryza sativa)生产带来严重损失,利用水稻自身化感作用被认为是对环境友好的杂草控制方法。稻壳酮A和B是水稻抑制杂草的主要化感物质,其中稻壳酮B是至今发现最高效的天然除草剂之一,具有很好的应用潜力。稻壳酮B可以从水稻根系释放到土壤中抑制周围稗草等植物的种子萌芽和生长。稻壳酮B的浓度大于3 nmol·mL^-1时就能抑制水芹和莴苣的根和胚轴生长,同时稻壳酮A和B是水稻重要的植保素,可有效抑制水稻病原菌比如稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)等。此外,稻瘟病菌感染可诱导水稻合成更多的稻壳酮。该文主要对国内外有关水稻化感物质稻壳酮的性质、分布状况、化感作用、生物合成途径、检测方法、人工合成方法和影响因素等方面的研究进行了综述。在此基础上进一步探讨稻壳酮研究过程中简捷检测方法、诱导因子和人工合成等问题。     

中国纹尺蛾属一新纪录种(鳞翅目:尺蛾科)

本文报道产自云南的尺蛾科一中国新纪录种,即福纹尺蛾Epobeidia fumosa(Warren, 1893),并附有该种的成虫和雄性外生殖器图片。标本保存于华南农业大学昆虫学系昆虫标本室。