砷超富集植物中砷化学形态其转化的EXAFS研究

通过同步辐射扩展X射线吸收精细结构(SR EXAFS)研究砷超富集植物大叶井口边草(Pteris nervosa)中砷的化学形态及其在植物体中的转化. 结果表明, 在大叶井口边草中砷主要与O配位, 根部存在与谷胱苷肽(GSH)结合的砷, 但是在羽叶中没有发现与GSH结合的砷. 在NaAsO2和Na2HAsO4处理中, 植物根系的砷分别以As(Ⅲ)和 As(Ⅴ)为主, 但是在叶柄和羽叶中砷都以As(Ⅲ)的形态为主. 植物根系吸收的As(Ⅴ)在向上转运的过程中具有向As(Ⅲ)转化的趋势, 其转化过程主要发生在根部. 实验证明, 与GSH结合并不是大叶井口边草中砷解毒的主要机理, 超富集植物可能具有与一般耐性植物不同的重金属解毒机制.     

砷超富集植物中砷化学形态及其转化的EXAFS研究

通过同步辐射扩展X射线吸收精细结构(SR EXAFS)研究砷超富集植物大叶井口边草(Pteris nervosa)中砷的化学形态及其在植物体中的转化。结果表明,在大叶井口边草中砷主要与O配位,根部存在与谷胱苷肽(GSH)结合的砷,但是在羽叶中没有发现与GSH结合的砷,在NaAsO_2和Na_2HAsO_4处理中,植物根系的砷分别以As(Ⅲ)和As(Ⅴ)为主,但是在叶柄和羽叶中砷都以As(Ⅲ)的形态为主,植物根系吸收的As(Ⅴ)在向上转运的过程中具有向As(Ⅲ)转化的趋势,其转化过程主要发生在根部。实验证明,与GSH结合并不是大叶井口边草中砷解毒的主要机理,超富集植物可能具有与一般耐性植物不同的重金属解毒机制。     

超富集植物蜈蚣草中砷化学形态的EXAFS研究

采用同步辐射扩展X射线吸收精细结构(SR EXAFS)技术研究了超富集植物蜈蚣草(Pteris vittata L.)中As的化学形态及其在转运过程中的变化.结果表明,蜈蚣草中的As主要以As(Ⅲ)与O配位的形态存在.As(Ⅴ)被植物吸收后,很快转化为As(Ⅲ),其转化过程主要发生在根部.As(Ⅲ)向地上部转运的过程中价态基本不变.在植物的根部和部分叶柄中存在少量与As-GSH相似的As-S结合方式,但是在As含量最高的羽叶中基本上未发现这种结合方式.与需要提取和分离过程的化学方法相比,采用EXAFS方法研究植物中的砷形态不需经过预分离或化学预处理就可以直接测定植物样品中元素的化学形态,因此可以避免样品预处理过程对As形态的干扰,并获得可靠的砷化学形态方面的信息.     

砷胁迫下不同砷富集能力植物内源生长素与抗氧化酶的关系

采用室内土培法,研究了砷胁迫(0,50,100和200 mg/kg)对凤尾蕨属中砷超富集植物大叶井口边草(Pteris cretica var.nervosa)和非砷超富集植物剑叶凤尾蕨(Pteris ensiformis)生物量、株高、叶片内源3-吲哚乙酸(IAA)含量、IAA氧化酶(IAAO)活性、砷含量、抗氧化酶(超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT)活性以及细胞膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量的影响,并用逐步回归法分析了IAA含量与砷含量、抗氧化酶活性、MDA含量之间的关系。此外,研究了100 mg/kg砷处理下IAA、IAAO、3种抗氧化酶和MDA的时间动态。结果表明,与对照(不加砷)相比,加砷处理下大叶井口边草的株高和生物量未出现显著变化,但剑叶凤尾蕨在中、高浓度砷胁迫下则显著降低;中、高浓度砷胁迫均使2种植物叶片含砷量、IAA含量显著增加和IAAO活性显著下降,但这种改变在大叶井口边草中更为显著;加砷处理使大叶井口边草叶片3种抗氧化酶活性维持或增加,剑叶凤尾蕨中SOD和CAT活性虽能维持,但POD活性则显著下降,说明砷胁迫下大叶井口边草具有更强的抗氧化能力。逐步回归分析结果显示,2种植物叶片IAA含量均与砷含量成显著正相关,但在大叶井口边草中,IAA含量还与CAT活性成显著负相关。时间动态研究表明,第13天,大叶井口边草具有最高的IAA含量、最低的IAAO活性以及最低的CAT活性,而剑叶凤尾蕨中的变化规律则不明显。因此,叶片保持较高的IAA含量、较低的IAAO和CAT活性有助于大叶井口边草超量富集砷。     

无机砷在植物体内的吸收和代谢机制

砷污染已成为全球非常突出且急需解决的环境问题,严重威胁人类健康和环境安全.在自然环境和土壤系统中,砷的存在形态相当复杂,但植物砷毒害主要源于As（V）和As（Ⅲ）暴露.As（V）通过Pi的吸收通道被植物根系吸收,并在还原酶（AR）作用下被快速还原为As（Ⅲ）.As（Ⅲ）通过NIP蛋白通道进入植物体内,在砷甲基转移酶(ArsM)的作用下转化为甲基化砷或与谷胱甘肽（GSH）、植物螯合肽（PC）等多肽的巯基螯合封存在根部液泡或转运到地上部分,从而起到砷解毒的作用.同时,植物吸收的一部分砷也可外排到外部介质.本文以农作物尤其是水稻为主线,详述了As（V）和As（Ⅲ）吸收、外排及As（V）还原、As（Ⅲ）甲基化、螯合作用的最新研究进展,并提出了今后的研究重点.     

超富集植物蜈蚣草中砷化学形态的EXAFS研究

采用同步辐射扩展X射线吸收精细结构(SREXAFS)技术研究了超富集植物蜈蚣草(PterisvittataL.)中As的化学形态及其在转运过程中的变化。结果表明,蜈蚣草中的As主要以As(Ⅲ)与O配位的形态存在。As(V)被植物吸收后,很快转化为As(Ⅲ),其转化过程主要发生在根部。As(Ⅲ)向地上部转运的过程中价态基本不变。在植物的根部和部分叶柄中存在少量与As-GSH相似的As-S结合方式,但是在As含量最高的羽叶中基本上未发现这种结合方式。与需要提取和分离过程的化学方法相比,采用EXAFS方法研究植物中的砷形态不需经过预分离或化学预处理就可以直接测定植物样品中元素的化学形态,因此可以避免样品预处理过程对As形态的干扰,并获得可靠的砷化学形态方面的信息。     

大叶井边草——一种新发现的富集砷的植物

自1999年以来对位于湖南省一些高砷区的植物和土壤进行了一系列的野外调查,以着力寻找砷的超富集植物。结果表明,与砷超富集植物蜈蚣草同属的另一种植物－－大叶井口边草,对砷也具有显著的富集特征。这一发现为研究揭示砷在植物中的超富集机理提供了一种新的材料,建议深入开展蜈蚣草与大叶井口边草这两种砷富集植物的对比研究。     

大叶井口边草——一种新发现的富集砷的植物

自 1 999年以来对位于湖南省一些高砷区的植物和土壤进行了一系列的野外调查 ,以着力寻找砷的超富集植物。结果表明 ,与砷超富集植物蜈蚣草同属的另一种植物——大叶井口边草 ,对砷也具有显著的富集特征。这一发现为研究揭示砷在植物中的超富集机理提供了一种新的材料。建议深入开展蜈蚣草与大叶井口边草这两种砷富集植物的对比研究。     

单一与复合砷锑处理对波士顿蕨富集与转化砷和锑的作用

通过水培试验,研究了单一和复合砷锑处理对波士顿蕨(Nephrolepis exaltata L.)植株各部位及其亚细胞砷锑富集和形态转化的影响,以期查明植物体内砷与锑之间可能的相互作用。结果表明,与对照组相比,单一和复合处理条件下,波士顿蕨各部位砷锑含量均有显著的增加,砷含量表现为根叶柄羽叶,锑含量表现为根羽叶叶柄。与20 mg·L-1单一Sb(III)处理相比,复合处理条件下,随着砷的同时加入(10 mg·L-1As)植株各部位锑含量出现下降,同时根部细胞器中的锑出现向细胞壁与胞液转移、而羽叶与叶柄出现由细胞壁向其他两个亚细胞组分转化的现象;与10 mg·L-1单一As(III)处理相比,复合处理条件下,锑的加入(20 mg·L-1Sb)显著降低了波士顿蕨各部位砷的含量,同时促进了根部细胞壁中的砷向胞液与细胞器转移,以及羽叶与叶柄胞液处砷向细胞壁与细胞器的转移。因此,波士顿蕨体内,砷锑之间具有拮抗作用。单一As(III)处理下,波士顿蕨根部以As(V)为主、羽叶主要以DMA为主,而Sb(III)的同时加入则能够促进As(III)更多地向As(V)和DMA转化;单一Sb(III)处理下,波士顿蕨体内以Sb(III)为主导形态,随着As(III)的同时加入,在波士顿蕨根与叶柄处,As(III)强烈地抑制Sb(III)向Sb(V)转化,相反在羽叶处却会促进Sb(III)向Sb(V)转化。     

砷形态对黑藻和竹叶眼子菜有机酸含量的影响

采用室内溶液培养法,运用气相色谱-质谱联用(Gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)技术测定在As(Ⅲ)、As(Ⅴ)和二甲基胂酸(Dimethylarsinic acid,DMA)3种形态砷(浓度0—5.0 mg/L)胁迫下,砷超富集植物黑藻(Hydrilla verticillata(Linn.f.)Royle.)和非砷超富集植物竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus Miq.)体内生成和体外分泌的7种有机酸的含量。结果表明,黑藻体内草酸、丙二酸、柠檬酸、苹果酸和棕榈酸都显著高于竹叶眼子菜(P<0.05)。在As(Ⅲ)处理时,黑藻体内柠檬酸、苹果酸、棕榈酸、亚麻酸和总有机酸显著下降,竹叶眼子菜棕榈酸显著下降;在As(Ⅴ)处理时,黑藻棕榈酸和总有机酸显著下降,竹叶眼子菜棕榈酸显著下降;在DMA处理时,黑藻草酸、柠檬酸和苹果酸显著下降,竹叶眼子菜棕榈酸、亚麻酸和总有机酸显著下降。黑藻在As(Ⅲ)处理下棕榈酸、亚麻酸、总有机酸和As(Ⅴ)处理下草酸含量与体内As含量呈显著负相关(P<0.05),而竹叶眼子菜在As(Ⅲ)或DMA处理下棕榈酸、亚麻酸、总有机酸含量以及在DMA处理下柠檬酸含量与体内As含量均呈显著负相关(P<0.05)。两种植物根系分泌物中均检测出草酸、丙二酸、琥珀酸和棕榈酸,但只有在As(Ⅲ)或As(Ⅴ)处理时黑藻分泌的草酸与体内As含量呈显著正相关。本研究表明As(Ⅲ)或As(Ⅴ)胁迫下黑藻向体外分泌草酸是其超富集砷的一种重要机制。     

蜈蚣草羽叶中砷及植物必需营养元素的分布特点

采用同步辐射X射线荧光(SRXRF)分析了砷超富集植物蜈蚣草羽叶中As及6种植物必需营养元素的分布特点, 以及各元素分布之间的相互关系. 结果显示, 元素在羽叶中的分布与其迁移能力有密切的关系. As在羽叶中的分布表明, 蜈蚣草羽叶中As具有较强的木质部运输和木质部卸载能力. 植物体内移动性较强的大量元素K的分布与As最为相似, 而移动性较弱的Fe和Ca的分布与As呈相反的趋势.     

NAC1上游调控区表达特征及其与侧根激素诱导的关系

从拟南芥(Arabidopsis thaliana）中克隆到与侧根原基发生相关的转录因子基因NAC1上游调控区序列,构建由该序列驱动β-葡聚糖苷酶基因(GUS)的植物表达载体并转化烟草(Nicotiana Tabaccum),经筛选获得了在根组织高GUS活性而地上部痕量表达的转基因烟草植株。对转基因植株进行GUS活性和染色分析,结果表明NAC1上游调控区驱动的GUS基因表达具有根部组织特异性,在侧根顶端分生组织区、侧根原基基部和幼嫩侧根基部表达。用IBA,GA₃,GA₄₊₇处理转基因植株根部,NAC1上游调控区驱动的GUS表达均增强,表明生长素、赤霉素可显著诱导NAC1上游调控区的表达,并参与侧根发生的调控。     

受NaCl诱导的盐藻果糖-1,6-二磷酸醛缩酶cDNA的克隆及其在烟草中的表达

采用快速扩增cDNA末端(RACE)技术, 获得了盐藻(Dunaliella salina)受诱导表达的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶全长cDNA (DsALDP). 蛋白质序列分析发现, DsALDP与许多植物叶绿体的果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(AldP)具有较高的同源性(66%~73%). 系统进化分析进一步证明DsALDP与藻类的AldP亲缘关系最近. 就表达谱而言, DsALDP是NaCl诱导下新表达的转录本, 其表达水平随诱导时间的不同而呈显著变化. 筛选的DsALDP cDNA构建到双元载体pBI121并导入农杆菌用以转化烟草, 对4个T₁代转基因植株进行Southern检测, 证明DsALDP已整合入转基因植株的基因组. RT-PCR分析显示DsALDP在这些植株中均得到有效表达. 生物测试表明, T₁-1, T₁-2和T₁-3植株在100~200 mmol/L NaCl下仍保持醛缩酶活性, 且其脯氨酸含量均有不同程度的升高.     

水稻黄单胞细菌Harpin蛋白的遗传多样性及其诱导烟草过敏反应和抗病性功能

利用PCR方法从水稻黄单胞细菌(Xanthomonas oryzae)两个致病变种(pv. oryzae和pv. oryzicola)的12个菌株中, 扩增出了编码诱导植物过敏反应蛋白激发子Harpin的3类hrfA (hypersensitive response functioning factor A)同源基因hrf1, hrf2和hrf3. 同源性分析表明, 这些同源基因推测的编码产物均富含甘氨酸, 缺乏酪氨酸, 在序列的第45位附近的氨基酸都有一个半胱氨酸. Harpin_Xoo由来源于水稻白叶枯病菌的hrfA基因编码, 产物包括两类, 一类代表菌株为JxoⅢ, 其中GGG-GG基序的重复数为3个, 分子量为15.6 kD; 另一类代表菌株为Pxo112, 产物中GGG-GG基序的重复数为4个, 分子量为15.9 kD, 这两个基因分别命名为hrf1和hrf3. Harpin_Xooc由来源于水稻条斑病细菌的hrfA基因编码, 代表菌株为RS105, 其中GGG-GG重复数为2个, 分子量为15.3 kD, 水稻黄单胞菌Harpin分子中的一个半胱氨酸残基是其特有的. 将这3类基因与已报道的hpa1和xop1基因编码的氨基酸序列进行聚类分析, 结果可以将其分为4类, 来源于水稻黄单胞菌的Harpin_Xoo和Harpin_Xooc被分在相邻的两类中. 对3种产物进行比较研究结果, 在相同条件下3个代表菌株JxoⅢ, RS105和Pxo112的hrfA基因(hrf1, hrf2和hrf3)表达蛋白的相对浓度分别为: 0.389, 0.530, 0.083 mg/mL. hrf1, hrf2和hrf3在大肠杆菌(Bl21)中的表达产物(Harpins)在烟草上均能激发过敏反应和诱导抗病性, 其生物活性依次为Hrf2, Hrf1和Hrf3.     

植物种类、大气二氧化碳和土壤氮素的交互作用或累加效应控制“植物-土壤”系统的碳分配

为了验证土壤氮(N)素和大气二氧化碳(CO₂)浓度的增高是交互或者累加性地控制“植物-土壤”系统中的碳(C)分配这一假设, 同时为了揭示这种作用是否随着植物种类而变化, 在不同的CO₂浓度下的高氮和低氮土壤中种植豆科植物紫花苜蓿(Medicago truncatula)和非豆科植物燕麦(Avena sativa), 并对植物的生长和土壤微生物等特性在这些条件下的变化进行了测定. 结果表明, 植物物种和土壤N素的交互作用对土壤微生物和植物的生长有着重要的作用. 对于紫花苜蓿而言, CO₂和土壤N素的交互作用对土壤可溶性C和土壤微生物生物量有重要影响, 但对燕麦则并非如此. 尽管CO₂和土壤N素都显著影响植物的生长, 但它们对植物的影响并不存在交互性, 也就是说CO₂和土壤N素对植物生长的影响是累加的. 豆科植物的固氮特性与CO₂的交互作用可能掩盖了土壤N素与CO₂的交互作用对豆科植物生长的影响. 在低N土壤中, 燕麦的冠根比从初期的2.63±0.20降低到后期的1.47±0.03, 表明燕麦在生长受到土壤N素的抑制时, 分配了更多的能量到根部以加强植物对养分元素的吸收(如N素); 在高氮土壤中, 紫花苜蓿的冠根比随时间延长显著升高(从2.45±0.30到5.43±0.10), 说明当土壤N素不是植物生长限制因子时, 更多的能量被分配到地上部分以加强植物对C的同化. 在不同土壤N素水平上, 大气CO₂浓度对植物的冠根比的影响均不显著.     

砷还原菌群对砷的还原作用及菌群的多样性分析

从砷污染土壤中富集砷抗性细菌,在厌氧环境中进行培养,观察其对砷的还原能力。结果表明：在21 h之内,As(V)就被完全还原为As(Ⅲ);培养72 h后,培养基中出现黄色沉淀,采用X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)技术对沉淀进行分析表明,沉淀主要是以3种晶型存在的硫化砷(AsS);培养150 h后,大约有65%的As以上述沉淀的方式从溶液中移除。此外,本文还采用了构建16S rDNA文库的方式对该体系中的微生物种群进行分析,利用RFLP技术对16S rDNA片段进行分型,共得到72个操作单元类型(OTU),其中6个OTU占了库容的51%,从这6个OTU中各选取1个克隆进行测序,结果表明,富集到的砷还原细菌属于喜热菌属(Caloramator)、梭菌属(Clostridium)和杆菌属(Bacillus)。     

高砷含水层参与腐殖酸-铁矿物转化的关键微生物群落及其对砷迁移转化的影响

【目的】探究不同腐殖酸浓度下参与含砷水铁矿转化的微生物类群组成和丰度变化及对砷释放的影响,预测原位高砷含水层中功能微生物群参与有机质—含砷铁矿物转化过程对砷转化释放的作用。【方法】对河套平原高砷地下水和同深度高砷沉积物中的铁还原功能群落进行富集培养,构建室内厌氧微宇宙体系,将富集菌群分别加入到实验室条件下合成的不同浓度腐殖酸(0、1.5、7、14 mg C/L)-含砷水铁矿体系中,通过体系中砷、铁形态及浓度的变化分析,结合高通量测序技术、X-射线衍射(X-ray diffractometer, XRD),探究不同条件下砷的释放固定和群落的演替。【结果】高砷地下水组(G组)和沉积物组(S组)富集得到的铁还原功能群落具有明显差异,G组中以Aeromonadaceae为特殊优势菌群,而S组中以Shewanellaceae为特殊优势菌群。微宇宙实验结果显示,S组的铁还原量相对较高且速率较快;G组与S组中液相砷形态存在明显差异,整个培养期内G组均以As(Ⅴ)为主,而S组中前期以As(Ⅴ)为主,当反应到达20 d时液相As(Ⅲ)高达3.4μmol/L,推测此时具有砷还原功能的群落占优势地位。当反应...     

砷、钙对蜈蚣草中金属元素吸收和转运的影响

蜈蚣草是砷的超富集植物和钙质土壤的指示植物。本试验在砂培条件下,研究砷、钙对蜈蚣草吸收和转运必需金属元素K、Mg、Mn、Fe、Zn和Cu的影响。结果表明。提高营养液中的砷浓度显著降低根部Mg和Zn的吸收。但对根部其它元素的浓度没有明显影响;叶柄中的Mn和地上部的Fe浓度因介质中添加砷而显著减少。其它元素在地上部的分布不受抑制。添加砷限制Fe从地下部向地上部转运,但促进其从叶柄向羽叶中运输;另外,还显著促进Mn由叶柄向羽叶和Zn由根向羽叶的转运。提高钙处理浓度对蜈蚣草吸收Fe、Zn、Cu无显著影响,但显著限制K、Mg和Mn的吸收。Mn是研究的6种金属元素中惟一一种明显向地上部转运富集的元素。从根部到羽叶中。金属元素间的相关性增强,在根部Ca与各种金属元素都无相关性;叶柄中Ca和Fe浓度呈极显著正相关;在羽叶中,Ca与K、Mg、Mn和Zn浓度呈显著负相关。     

利用四价抗病基因提高超级杂交稻的抗性

以籼型超级杂交稻(Oryza sativa L. subsp. indica)恢复系9311的胚性愈伤组织为受体, 采用改良的基因枪轰击法将构建在同一植物表达载体上的四价抗真菌病基因(RCH10, RAC22, β-Glu和B-RIP)导入到9311的基因组中. Southern印迹杂交结果表明, 潮霉素抗性再生植株中, hpt标记基因和四价抗真菌病基因是连锁在一起并以孟德尔遗传方式进行传递的. 部分转基因R₁代和R₂代植株分别在烟溪和三亚的典型稻瘟病鉴定圃中表现出对稻瘟病菌(Magnaporthe grisea (Hebert) Barr.)的高抗性. 在高抗的转基因植株中, 多个外源基因均能正常表达. 将高抗稻瘟病的9311 R2代转基因纯系与培矮64S原种进行杂交, 杂种F₁代除对稻瘟病仍可表现出高抗性外, 还同时表现出对稻曲病和黑粉病明显提高的抗性.     

红砂(Reaumuria soongorica)忍耐极度干旱的保护机制: 叶片脱落和茎中蔗糖累积

红砂(Reaumuria soongorica)是一种多年生半灌木, 广泛分布于中国西北的半干旱地区,它能够通过营养组织在极度干旱条件下存活. 为探讨红砂耐干旱的保护机制, 对6年生的植株通过停止浇水造成持续的土壤干旱, 在干旱期间研究了它的净光合速率(net photosynthetic rate, Pn)、水分利用效率(water use efficiency, WUE)和光系统Ⅱ(PSⅡ)的叶绿素荧光参数的日变化规律以及红砂叶片和茎中的糖含量变化. 结果表明, 红砂在极端干旱环境下具有如下特点: 非常低的叶片水势、高的WUE、在茎中维持光合作用并累积蔗糖以及叶片死亡. 干旱期间, 最大Pn先升高后下降, 但是内在WUE随着干旱程度在早上明显提高. PSⅡ的最大光化学效率(F_v/F_m)和非循环式电子传递效率(Φ_PSⅡ)随着干旱程度的增加而减小, 并表现出午间光抑制现象, 但激发能量的耗散能力(以荧光非光化学猝灭NPQ表示)随着干旱程度的增加在胁迫植物中维持更高水平. 持续的干旱环境促进了茎中而非叶片中蔗糖和淀粉的累积. 然而当叶片水势下降到 -21.3 MPa时, 叶片死亡并随后脱落, 但茎中仍然保持光合作用, 然后植物进入休眠状态. 复水后茎复活植物又长出新叶. 因此, 我们认为红砂具有剪去叶片而减少水分丢失并维持茎细胞的活力来度过极度干旱的能力.