水稻幼苗根对羧基化多壁碳纳米管复合镉胁迫的生长生理响应

为了探究羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)复合镉(Cd)胁迫对植物生长生理的影响,采用液体培养方法,以水稻(Oryza sativa L.)为受试作物,测定了0～12.0 mg·L~(-1)MWCNTs-COOH、10μmol·L~(-1)Cd单一和复合处理水稻幼苗21天后根生长、氧化损伤、抗氧化酶活性及根中Cd含量的变化。结果表明:(1)MWCNTs-COOH单一处理,根长、根鲜重均低于对照,并表现出先升高后降低的趋势,当其浓度达到12.0 mg·L~(-1)时,较对照分别下降了9.3%和15.2%,且低于10μmol·L~(-1)Cd单一处理;而复合处理组水稻幼苗根长、根鲜重、干重皆低于对应的单一处理;(2)MWCNTs-COOH单一胁迫下,水稻根的超氧自由基(O_2~(-·))明显积累,并伴随着超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化物酶(POD)活性升高,3.0和6.0mg·L~(-1)MWCNTs-COOH处理下,SOD、POD活性最高;(3)MWCNTs-COOH复合Cd胁迫下,水稻根的SOD、POD活性大均低于单一处理组,而丙二醛(MDA)及羰基化蛋白含量均显著高于单一处理;(4)MWCNTs-COOH复合Cd后,水稻幼苗根尖细胞死亡加剧,其中,10μmol·L~(-1)Cd与12.0 mg·L~(-1)MWCNTs-COOH复合处理的根尖根冠区细胞伊文斯蓝染色最深;(5)1.5～6.0 mg·L~(-1)MWCNTs-COOH复合Cd处理水稻幼苗后,其根中Cd含量呈上升趋势,且在6.0 mg·L~(-1)浓度处理时达到最大值303.30μg·g~(-1);高浓度MWCNTs-COOH及其与Cd的复合均对水稻根产生毒性效应。     

Cd胁迫对黄菖蒲幼苗4种抗氧化酶活性的影响

采用水培法对Cd胁迫下黄菖蒲（Iris pseudacorus L．）幼苗叶片和根系中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）及抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性进行了研究。结果表明,10、40和120mg·L^-1Cd胁迫下,黄菖蒲幼苗叶片和根系中4种酶活性的变化不同。10和40mg·L^-1 cd胁迫下,黄菖蒲幼苗叶片和根系中的POD及APX活性、叶片中的SOD活性及根系中的CAT均明显高于对照;在120mg·L^-1 Cd胁迫下,叶片中的POD活性及根系中的POD和CAT活性均高于对照;各处理组根系中的SOD活性均低于对照。随处理时间的延长,40和120mg·L^-1Cd胁迫处理组叶片的CAT活性和120mg·L^-1Cd胁迫处理组根系的APX活性逐渐降低,其他处理组不同酶的活性逐渐升高或先升后降。黄菖蒲叶片及根系中的4种酶对Cd胁迫的响应能力有差异,其中POD可能是黄菖蒲耐Cd胁迫的主要抗性诱导酶。     

过氧化氢对镉胁迫下水稻种子萌发的缓解效应

为了探讨外源H_2O_2对镉胁迫下水稻种子萌发受抑的缓解作用,以水稻品种‘中优169’为材料,通过培养皿滤纸发芽法,研究不同浓度H_2O_2对200μmol·L~(-1)镉胁迫下水稻种子萌发、幼苗生长及相关生理指标的影响。结果表明,在200μmol·L~(-1)镉胁迫下,水稻种子的萌发和幼苗生长表现出明显的抑制现象,发芽势、发芽指数、活力指数及幼苗的根长、芽长和可溶性蛋白含量均显著降低,MDA含量显著增加,POD活性上升,SOD、APX及CAT的活性显著受到抑制。较低浓度(≤10μmol·L~(-1))H_2O_2处理能不同程度地增加幼苗的根长、芽长、根鲜重和芽鲜重,提高镉胁迫下水稻种子的发芽指数和活力指数,增强SOD、POD和APX活性并降低MDA含量,从而缓解镉的毒害效应。其中5μmol·L~(-1) H_2O_2浸种处理对镉胁迫下水稻种子萌发和幼苗生长的缓解作用最好。高H_2O_2浓度对镉胁迫的缓解作用逐渐减弱,当H_2O_2浓度达到50μmol·L~(-1)时,会加重镉胁迫的毒性。表明适宜浓度的H_2O_2可以提高水稻幼苗抗氧化能力,缓解镉胁迫伤害。     

外源脱落酸对小麦幼苗抗镉胁迫能力的影响

以小麦(Triticum aestivum L.)为试材,采用水培法研究了100mg/L镉(Cd2+)胁迫条件下施用外源脱落酸(ABA)对小麦幼苗生长及某些生理生化指标的影响。结果表明:(1)100mg/L Cd2+胁迫下,小麦叶片膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量显著提高,植株生长受到抑制;(2)外源ABA能够明显提高Cd2+胁迫小麦幼苗的根系活力,增加其叶片SOD、CAT和POD活性,促进其脯氨酸积累,降低MDA的含量,并以5.0μmol/L ABA的效果最明显;(3)1.0～5.0μmol/L外源ABA不同程度地缓解Cd2+胁迫对小麦幼苗生长的抑制作用,且5.0μmol/L时效果最明显,其株高、根长、总干重分别比单一Cd2+胁迫处理显著提高6.73%、149%和10.52%,而10.0μmol/LABA反而加重了Cd2+对小麦幼苗生长的伤害。因此,适宜浓度的外源ABA能够通过增加体内保护酶活性和脯氨酸含量来缓解Cd2+胁迫对小麦幼苗生长的抑制作用,增强小麦幼苗的抗Cd2+胁迫能力,并以5.0μmol/L ABA处理效果最好。     

Pb、Cd单一及复合胁迫对花菖蒲幼苗生长及部分生理指标的影响

采用液体培养法研究了Pb、 Cd单一胁迫及Pb-Cd复合胁迫(500 mg·L-1Pb、 25 mg·L-1Cd、 500 mg·L-1Pb-25 mg·L-1Cd)对花菖蒲(Iris ensata Thunb. var. hortensis Makino et Nemoto)幼苗生长和部分生理指标的影响.结果显示,在500 mg·L-1Pb单一胁迫条件下,花菖蒲幼苗地上部分(叶片)和地下部分(包括根茎和根系)的干质量及耐性指数与对照差异不显著(P>0.05);而在25 mg·L-1Cd单一胁迫和500 mg·L-1Pb-25 mg·L-1Cd复合胁迫条件下,幼苗地上部分和地下部分的干质量及耐性指数显著下降(P<0.05), 其中耐性指数分别仅为0.86和0.79.在500 mg·L-1Pb单一胁迫条件下,叶片中的光合色素(包括叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素)含量和地下部分的丙二醛(MDA)含量显著高于对照,地上部分的MDA含量显著低于对照,而过氧化物酶(POD)活性则与对照差异不显著;在25 mg·L-1Cd单一胁迫条件下,叶片中的叶绿素a和叶绿素b含量显著低于对照,类胡萝卜素含量和地上部分的MDA含量以及地上部分和地下部分的POD活性均显著高于对照,而地下部分的MDA含量与对照差异不显著;在500 mg·L-1Pb-25 mg·L-1Cd复合胁迫条件下,叶片中的光合色素含量均显著低于对照,地上部分和地下部分的MDA含量和POD活性均显著高于对照,其中MDA含量分别是对照的1.7和2.7倍、POD活性分别是对照的2.5和3.4倍.研究结果表明,花菖蒲幼苗对500 mg·L-1Pb单一胁迫具有一定的耐受性;在复合胁迫条件下Pb和Cd具有协同作用,对花菖蒲幼苗的生长和代谢有显著的抑制作用.     

羧基化多壁碳纳米管、混合盐及其复合胁迫对水稻幼苗生理特性的影响

将水稻(Oryza sativa L.)幼苗悬浮培养于含有羧基化多壁碳纳米管MWCNTs-COOH (0、2.5、5.0、10. 0 mg/L)、50 mmol/L混合盐(1NaCl∶9Na_2SO_4∶9NaHCO_3∶1Na_2CO_3),以及MWCNTs-COOH+混合盐的复合溶液中,10 d后检测叶片生理生化指标变化,研究MWCNTs-COOH复合盐碱胁迫对水稻幼苗的毒性及生态风险。结果显示,与对照组相比,MWCNTs-COOH单一组诱导下水稻叶片O_2~(·-)和H_2O_2的产生不明显,而混合盐组和混合盐+MWCNTs-COOH复合组均诱导了O_2~(·-)和H_2O_2产物的大量累积。MWCNTs-COOH与混合盐复合后,加剧了O_2~(·-)和H_2O_2的累积,并有明显的浓度效应。活性氧(ROS)作为信号分子在一定程度上诱导了各处理组部分抗氧化酶(SOD、CAT、POD、APX)活性的升高;与混合盐组相比,低浓度混合盐+MWCNTs-COOH复合组中叶绿素a和胡萝卜素含量呈一定程度的升高; MWCNTs-COOH与混合盐复合后,抑制了叶片中可溶性糖(SS)和脯氨酸(Pro)的合成,致使相对电导率(REC)和丙二醛(MDA)含量显著升高。上述抗氧化酶活性及叶绿素a和胡萝卜素含量的升高对缓解水稻叶片氧化损伤、维持正常的光合电子传递及对过剩光能的热耗散是有益的,是水稻幼苗重要的防御机制。本研究表明MWCNTs-COOH单一处理在一定程度上诱导了水稻叶片的氧化胁迫和应激响应,与混合盐复合后加剧了叶片的氧化胁迫和应激损伤。     

纳米管和镉对蚕豆幼苗根系的毒害效应

以蚕豆幼苗为实验材料,采用水培法研究不同浓度(0、2、4、8、16 mg·L~(-1))羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)与10μmol·L~(-1)镉(Cd)单一和联合作用对蚕豆幼苗根系生长、生理及Cd含量的影响。结果表明:(1)单一MWCNTs-OH处理下,随着MWCNTs-OH浓度(2～8 mg·L~(-1))的增加,蚕豆的根长度增加,且■产生速率增加的同时会伴随着SOD、POD活性升高。(2)单一Cd处理的幼苗根系MDA含量和■产生速率均高于对照,其中■产生速率较对照增加了1.98倍。(3)MWCNTs-OH联合处理诱导了蚕豆根■的产生和MDA含量增加,16 mg·L~(-1) MWCNTs-OH和Cd共同作用对蚕豆幼苗根的损伤最大,会促使部分根尖细胞受损脱落,Cd含量明显下降。研究发现,低浓度MWCNTs-OH可促进蚕豆的根生长,降低Cd的毒性;高浓度MWCNTs-OH(16 mg·L~(-1))和Cd对蚕豆幼苗根的致毒性表现为协同效应。     

铬、硒对水稻幼苗生长和生理的影响

以单一铬(Cr6+0～200μmol·L1)及硒(Se0～200μmol·L1)、铬硒混合液(铬100μmol·L1,硒50μmol·L1)处理水稻幼苗,研究不同处理和浓度对水稻幼苗生长和生理特性影响。结果表明(1)单一铬处理,随着铬浓度增加,植株生长明显受到抑制,铬毒害表现为株高、鲜重和干重受抑制,叶片黄色、叶绿素含量下降,体内SOD、CAT活性下降,POD活性上升,膜透性增大;(2)单一硒处理,50μmol·L1促进植株生长,100μmol·L1和200μmol·L1则抑制植株生长;(3)铬硒混合处理结果反映,硒有减轻水稻铬毒害的作用,表现为:减轻铬胁迫对株高、鲜重和干重增加的抑制,提高叶绿素含量,提高SOD、CAT活性,降低POD活性和膜透性。     

Cd胁迫下黄菖蒲幼苗根系生长与Cd积累的研究

采用水培法研究了Cd胁迫对黄菖蒲（Iris pseudacorus L．）幼苗根系生长和Cd含量的影响,用透射电镜观察了Cd胁迫对根尖细胞亚显微结构的影响并确定了Cd沉积部位。结果表明,10mg·L^-1 Cd处理对黄菖蒲幼苗根系的生长有一定促进作用,根毛数量及不定根上侧根的数量、密度和长度均高于对照;Cd浓度高于25mg·L^-1时,根系的生长发育受到抑制,上述指标均显著低于对照。用10～40mg·L^-1 Cd处理后,黄菖蒲幼苗不定根上侧根中的Cd含量均显著高于未长侧根的不定根和去掉侧根的不定根（P〈0．05）,说明不定根上的侧根对Cd沉积有重要作用。100mg·L^-1 Cd处理能导致根尖细胞质浓缩、质壁分离和液泡变大,且大量Cd颗粒沉积在细胞壁上和细胞间隙中,表明细胞壁和细胞间隙对Cd的沉积作用可能是黄菖蒲幼苗耐Cd胁迫的重要机理之一。     

菖蒲幼苗对Cd胁迫的响应及其Cd富集能力分析

研究了菖蒲（Acorus calamus L．）幼苗对不同浓度Cd胁迫的响应及其Cd富集能力。结果表明,随Cd浓度的提高（0～25mg·L^-1）,菖蒲幼苗的株高、根长、干质量、叶绿素含量和对Cd的耐性指数均逐渐下降,脯氨酸含量逐渐升高;各处理组的SOD和POD活性均高于对照,且以15mg·L^-1Cd处理组最高。随胁迫时间延长（1—10d）,叶绿素含量持续下降,而SOD和POD活性及脯氨酸含量则先升高后下降。菖蒲幼苗体内Cd含量随Cd浓度的提高而增加,根系对Cd的富集能力高于地上部分。在Cd胁迫条件下,菖蒲幼苗对Cd的转移系数小于1,根系对Cd的滞留率为89．5％-93．9％,表明菖蒲幼苗根系对Cd有较强的滞留作用和富集能力。     

脯氨酸对不结球白菜（Brassica chinensis）镉积累的影响

采用溶液培养的方法,研究了过量Cd对不结球白菜（Brassica chinensis）幼苗内源脯氨酸含量的影响及外源脯氨酸在不结球白菜Cd积累中的作用。100μmol？L-1 Cd处理明显增加不结球白菜叶片脯氨酸（Pro）的含量,并且随着Cd胁迫时间的延长,其含量也显著上升。100μmol？L-1 Cd处理明显降低脯氨酸脱氢酶（PDH）活性,而增加δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）的活性。1~5 mmol？L-1外源Pro处理显著降低不结球白菜幼苗地上部Cd含量,对根系Cd含量无显著影响,但外源Pro处理并不能缓解过量Cd对不结球白菜幼苗生物量的抑制作用。外源Pro处理下,不结球白菜叶片中Pro含量与其地上部干重呈显著的负相关关系。     

镉胁迫对小报春幼苗生长及生理特性的影响

该研究采用盆栽控制试验,测定不同浓度(0、5、50、100、150、200 mg/kg)土壤Cd胁迫下小报春幼苗生长及生理生化指标,以探究小报春(Primula forbesii Franch.)对重金属镉(Cd)污染的抗性和敏感性,为新型香花地被植物应用于Cd污染土壤提供理论依据。结果表明:(1)低浓度(5 mg/kg)Cd胁迫能促进小报春株高和根长的伸长,高浓度(≥150 mg/kg)Cd胁迫下株高、根长和生物量明显降低。(2)随Cd胁迫浓度增加,小报春幼苗叶片光合作用、叶绿素含量、SOD和CAT活性先上升后下降,而其超氧阴离子产生速率、过氧化氢、丙二醛含量、叶相对电导率和POD活性持续升高。(3)在Cd胁迫条件下,小报春体内K、Zn含量降低,叶和根中Ca、Mg含量显著增加,体内Cd含量明显升高,且根系Cd含量远远高于叶和叶柄。研究发现,小报春幼苗对Cd胁迫具有一定的耐性,低浓度(5 mg/kg)Cd胁迫对小报春生长影响较小,但高浓度(≥150 mg/kg)Cd胁迫对小报春产生明显的毒害作用,影响其正常生长;小报春可能通过增强体内抗氧化酶系统活性、增加叶和根中Ca、Mg含量和根系截留镉来减轻镉胁迫的伤害,提高自身耐受镉胁迫能力。     

外源水杨酸对NaCl胁迫下白榆幼苗光合作用及离子分配的影响

以1年生白榆幼苗为研究对象,设置0、0.5、1.0和2.0 mmol·L^-1水杨酸(SA)与0、50、100和150 mmol·L^-1 NaCl处理组合,考察盐胁迫下白榆幼苗生物量、光合色素含量、光合作用参数及根叶离子含量、分配、运输的情况,探讨外源SA对NaCl胁迫下白榆幼苗耐盐生理特征的影响。结果表明:(1)NaCl胁迫显著抑制了白榆幼苗的生长、光合色素含量及光合能力,并破坏了白榆体内离子平衡。(2)喷施外源SA使盐胁迫下白榆幼苗的干重和根冠比均不同程度升高,0.5和2.0 mmol·L^-1 SA不同程度提高了50和100 mmol·L^-1 NaCl处理组幼苗叶片光合色素含量。(3)0.5 mmol·L^-1 SA显著提升了50 mmol·L^-1 NaCl处理组白榆幼苗的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr),1.0和2.0 mmol·L^-1 SA对150 mmol·L^-1 NaCl处理组幼苗净光合速率改善效果较好,外源SA对100 mmol·L^-1 NaCl处理组幼苗的光合作用参数无显著影响。(4)NaCl胁迫下,外源SA处理的白榆幼苗叶和根Na^+含量及Na^+/K^+、Na^+/Ca^2+和Na^+/Mg^2+显著降低,离子选择运输系数SK,Na、SCa,Na和SMg,Na升高,从而促进了幼苗K^+、Ca^2+和Mg^2+由根向叶片的转运;隶属函数分析发现对白榆幼苗叶和根中离子含量改善效果最好的SA浓度分别为1.0和2.0 mmol·L^-1。因此,适宜浓度的外源水杨酸能够有效改善NaCl胁迫下白榆幼苗的光合能力,有效调节白榆幼苗体内离子状态,从而增强白榆对NaCl胁迫的抗性。     

盐胁迫下镧对水稻幼苗生长的保护效应

通过液培实验,研究水稻幼苗在盐胁迫下,镧对水稻幼苗的保护作用。结果表明：水稻幼苗植株在≤1．5％的盐浓度的盐胁迫下,10mg·L^-1镧能提高幼苗植株超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性;降低幼苗植株脂质过氧化产物丙二醛（MDA）的含量和脯氨酸（Pro）的含量;减小质膜透性;提高叶片叶绿素含量和叶绿素a／b的比值;增强根系的活力,进而促进水稻幼苗的生长。10mg·L^-1镧对盐胁迫的缓解作用与盐浓度有关,随着盐浓度增大,镧的缓解作用将逐渐消失。分析表明,在≤1．0％和≥0．5％的盐浓度胁迫下,镧对水稻幼苗的生长存在更有效的防御机制,能够促进水稻幼苗的生长代谢。     

硅素对水稻幼苗镉积累及抗胁迫应答的调节效应

施硅(Si)可以显著缓解镉(Cd)胁迫对水稻生长发育的毒害效应。本研究通过水培分根试验,研究了Si对水稻幼苗Cd积累及胁迫应答的调节效应。结果表明: Cd胁迫下水稻幼苗的生物量显著降低,加Si可以显著缓解Cd对水稻幼苗生长的抑制效应。水稻幼苗对Cd的吸收、转运和积累明显受到Si的影响,单侧根系Cd胁迫下加Si(Si-Cd+Si,Si-Cd)使根系对Cd的滞留系数达83.3%～83.6%,限制了Cd从根向地上部转移。单侧根系Cd胁迫下非胁迫侧加Si(Si-Cd)处理的植株对Cd的吸收和累积明显增加,尤其是根中Cd的积累量较单侧根系Cd胁迫下无Si(CK-Cd)处理增加了48.2%;而单侧根系Cd胁迫下双侧加Si(Si-Cd+Si)处理则显著降低了根和地上部对Cd的吸收,较CK-Cd处理分别降低了36.7%和54.9%。双侧Cd胁迫下单侧加Si(Cd-Cd+Si)则使根和地上部对Cd的吸收量显著减少,较双侧根Cd胁迫(Cd-Cd)处理分别降低了57.8%和46.5%。Cd胁迫下水稻幼苗根中含较高浓度的Si,加Si则使Cd胁迫下根和地上部积累更多的Si。加Si也影响了水稻幼苗对其他金属元素如钙(Ca)、镁(Mg)、锰(Mn)的吸收,Cd-Cd+Si处理显著增加了根系和地上部的Ca、Mg浓度,但Mn浓度的变化则因Cd胁迫程度而表现不同。加Si对Cd胁迫下根系超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性有一定的影响,尤其是Si-Cd处理的胁迫侧POD和非胁迫侧SOD活性显著上升,有利于清除Cd胁迫产生的氧自由基。总之,Si对Cd胁迫下水稻幼苗生长、Cd和Si等的吸收及根系的抗氧化反应有一定的调节效应,植株体内较高的Si浓度有利于增强植株对Cd的耐受性。     

茉莉酸甲酯对水稻幼苗抗冷性的影响

测定茉莉酸甲酯（MJ）对冷胁迫条件下水稻幼苗生长和与抗冷性相关生理生化指标影响的结果表明：较高浓度的MJ（10^-3mol·L^-1）明显抑制冷胁迫下的水稻幼苗生长,增加细胞膜的渗透性;浓度低一些的MJ（10^-4、10^-5、10^-6、10^-7mol·L^-1）对冷胁迫下水稻幼苗的生长和细胞膜有不同程度的保护作用,其中以10～mol·L^-1MJ的效果为佳。10～mol·L^-1 MJ处理的叶中叶绿素降解程度小,可溶性糖、可溶性总蛋白和脯氨酸的含量以及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的活性均增加,丙二醛（MDA）含量降低,因而水稻幼苗的抗冷性提高。