高等植物金属抗性中有机酸的作用及其机理

植物的金属抗性可通过避性和耐性途径获得。具有螯合能力的有机酸在植物的金属外部排斥(避性)机制和内部耐受(耐性)机制中均具有重要作用。在金属的外部排斥过程中,植物根系分泌有机酸,与金属离子形成稳定的复合体,降低土壤金属的移动性,达到体外解毒的目的。超积累型植物的内部耐受机制主要体现在,有机酸可与金属元素发生螯合作用,将离子态的金属转变成低毒或无毒的螯合态,从而降低细胞内金属离子的毒害效应。有机酸的种类受植物种类、金属类型等因素的影响。     

超积累植物的金属配位体及其在植物修复中的应用

综述了超积累植物体内金属配位体（包括植物螯合肽、植物金属硫蛋白、有机酸和氨基酸）的生物合成,参与的植物体内金属的吸收、运输、积累的解毒过程的生理及分子机制,并对金属配位体在植物修复中的应用作了评述。     

有机酸在植物解铝毒中的作用及生理机制

酸性土壤上铝毒是限制作物产量的一个重要障碍因子。具有螯合能力的有机酸在植物铝的外部排斥机制和内部耐受机制均具有重要作用。在铝的外部排斥解毒过程中,植物通过根系分泌有机酸进入根际,如柠檬酸、草酸、苹果酸等与铝形成稳定的复合体,阻止铝进入共质体,从而达到植物体外解除铝毒害效应的目的,且分泌的有机酸对铝的胁迫诱导表现出高度的专一性,分泌的关键点位于根尖。不同的物种间分泌的有机酸种类、分泌的模式及生理机理存在差异。在铝积累型植物的内部解毒过程中,有机酸与铝形成稳定的化合物,降低植物体内铝离子的生理活性,从而降低细胞内铝离子的毒害效应,如绣球花中铝与柠檬酸形成1:1的复合体,荞麦内铝与草酸形成1:3的复合体。本文就有机酸在植物忍耐和积累铝中的作用及生理机制作一简要综述。     

有机酸在植物解铝毒中的作用及生理机制

酸性土壤上铝毒是限制作物产量的一个重要障碍因子,具有螯合能力的有机酸在植物铝的外部排斥机制和内部耐受机制均具有重要作用,在铝的外部排斥解毒过程中,植物通过根系分泌有机酸进入根际,如柠檬酸,草酸,苹果酸等与铝形成稳定的复合体,阻止铝进入共质体,从而达到植物体外解除铝毒害效应的目的,且分泌的有机酸对铝的胁迫诱导表现出高度的专一性,分泌的关键点位于根尖,不同的物种间分泌的有机酸种类,分泌的模式及生理机理存在差异,在铝积累型植物的内部解毒过程中,有机酸与铝形成稳定的化合物,降低植物体内铝离子的生理活性,从而降低细胞内铝离子的毒害效应,如绣球花中铝与柠檬酸形成1：1的复合体,荞麦内铝与草酸形成1：3的复合体,本文就有机酸在植物忍耐和积累铝中的作用及生理机制作一简要综述。     

植物对重金属的吸收和分布

植物修复是利用植物来清除污染土壤中重金属的一项技术。该技术成功与否取决于植 物从土壤中吸取金属以及向地上部运输金属的能力。植物对金属的吸收主要取决于自由态离子活度。许多螯合剂能诱导植物对重金属的吸收。金属离子在液泡中的区域化分布是植物耐 重金属的主要原因。同时,细胞内的金属硫蛋白、植物螯合肽等蛋白质以及有机酸、氨基酸等在金属贮存和解毒方面也起重要作用。本文还论述了重金属在植物体内运输的生理及分子 方面的研究进展。     

植物对重金属的吸收和分布

植物修复是利用植物来清除污染土壤中重金属的一项技术。该技术成功与否取决于植物从土壤中吸取金属以及向地上部运输金属的能力。植物对金属的吸收主要取决于自由态离子活度。许多螯合剂能诱导植物对重金属的吸收。金属离子在液泡中的区域化分布是植物耐重金属的主要原因。同时,细胞内的金属硫蛋白、植物螯合脓等蛋白质以及有机酸、氨基酸等在金属贮存和解毒方面也起重要作用。本文还论述了重金属在植物体内运输的生理及分子方面的研究进展。     

重金属胁迫下内生菌对宿主植物的解毒机制

采用内生菌联合植物修复是土壤重金属污染修复理论研究和应用实践的新思路。较之根际促生菌,内生菌因生存环境稳定且与植物联系更加紧密,在实际应用中具有更大价值。在重金属胁迫下,部分具有特定功能的细菌可进入植物体内成为内生菌,这些内生菌通常在重金属吸收、耐受和解毒方面具有优良的特性,而且可以协同宿主植物耐受重金属胁迫,表现在直接或间接降低植物体内重金属胁迫强度和提高植物本身对重金属的耐受性两方面。系统分析了内生菌对宿主植物的解毒机制,综述了近年来内生菌增强植物重金属耐受性的研究,展望了重金属胁迫下植物和内生菌互作机制的研究思路和方向。     

植物对重金属耐性的分子生态机理

植物适应重金属元素胁迫的机制包括阻止和控制重金属的吸收、体内螯合解毒、体内区室化分隔以及代谢平衡等。近年来,随着分子生物学技术在生态学研究中的深入应用,控制这些过程的分子生态机理逐渐被揭示出来。菌根、根系分泌物以及细胞膜是控制重金属进入植物根系细胞的主要生理单元。外生菌根能显著提高寄主植物的重金属耐性,根系分泌物通过改变根际pH、改变金属物质的氧化还原状态和形成络合物等机理减少植物对重金属的吸收。目前,控制菌根和根系分泌物重金属抗性的分子生态机理还不清楚。但细胞膜跨膜转运器已得到深入研究,相关金属离子转运器被鉴定和分离,一些控制基因如铁锌控制运转相关蛋白(ZIP)类、自然抵抗相关巨噬细胞蛋白(Nramp)类、P_1B-type ATPase类基因已被发现和克隆。金属硫蛋白(MTs)、植物螯合素(PCs)、有机酸及氨基酸等是植物体内主要的螯合物质,它们通过螯合作用固定金属离子,降低其生物毒性或改变其移动性。与MTs合成相关的MT-like基因已经被克隆,PCs合成必需的植物螯合素合酶(PCS), 即γ-Glu-Cys二肽转肽酶(γ-ECS) 的编码基因已经被克隆,控制麦根酸合成的氨基酸尼克烟酰胺(NA)在重金属耐性中的作用和分子机理也被揭示出来。ATP 结合转运器(ABC)和阳离子扩散促进器(CDF) 是植物体内两种主要膜转运器,通过它们和其它跨膜方式,重金属被分隔贮藏于液泡内。控制这些蛋白转运器合成的基因也已经被克隆,在植物中的表达证实其与重金属的体内运输和平衡有关。热休克蛋白(HSP)等蛋白类物质的产生是一种重要的体内平衡机制,其分子机理有待进一步研究。重金属耐性植物在这些环节产生了相关响应基因或功能蛋白质,分子克隆和转基因技术又使它们在污染治理上得到了初步的应用。     

高等植物重金属耐性与超积累特性及其分子机理研究

由于重金属污染日益严重, 重金属在土壤_植物系统中的行为引起了人们的高度重视。高等植物对重金 属的耐性与积累性, 已经成为污染生态学研究的热点。近年来, 由于分子生态学等学科的发展, 有关植物对重金属的解毒和耐性机理、重金属离子富集机制的研究取得了较大进展。高等植物对重金属的耐性和积累在种间和基因型之间存在很大差异。根系是重金 属等土壤污染物进入植物的门户。根系分泌物改变重金属的生物有效性和毒性, 并在植物吸收重金属的过程中发挥重要作用。土壤中的大部分重金属离子都是通过金属转运蛋白进入根细胞, 并在植物体内进一步转运至液泡贮存。在重金属胁迫条件下植物螯合肽 (PC) 的合成是植物对胁迫的一种适应性反应。耐性基因型合成较多的PC, 谷胱甘肽 (GSH) 是合成PC的前体, 重金属与PC螯合并转移至液泡中贮存, 从而达到解毒效果。金属硫蛋白 (MTs) 与PC一样, 可以与重金属离子螯合, 从而降低重金属离子的毒性。该文从分子水平上论述了根系分泌物、金属转运蛋白、MTs、PC、GSH在重金属耐性及超积累性中的作用, 评述了近 10年来这方面的研究进展, 并在此基础上提出存在的问题和今后研究的重点。     

超富集植物遏蓝菜对重金属吸收、运输和累积的机制

遏蓝菜Thlaspi caerulescens可以在其地上部累积大量重金属如锌、镉等,是公认的超富集植物。由于该植物生物量小,不宜直接用于重金属污染的土壤植物修复,而被广泛作为一种模式植物来进行重金属富集机制研究。遏蓝菜对重金属离子的累积大致经过螯合剂解毒、地上部长距离运输以及在液泡中的储存等生理过程。已经发现的植物体内的金属螯合剂——有机酸、氨基酸、植物络合素(PCs)、金属硫蛋白(MT)和尼克烟酰胺NA等,区室化以及长距离运输相关的转运蛋白——ZIP(ZRT/IRTlike protein)、CDF(Cation diffusion facilitator)、Nramp(Natural resistance and macrophage protein)和HMA(Heavy metal ATPase)等家族,以上各种基因、多肽与蛋白等共同参与了植物对金属累积与耐受过程并发挥各自重要的作用。以下主要介绍了遏蓝菜重金属超富集相关的基因、多肽和蛋白,以及它们在重金属螯合作用和运输过程中的功能。     

植物重金属转运蛋白研究进展

土壤中的有毒重金属不仅对植物有害,也可通过食物链危害人类和动物的健康.重金属转运蛋白在植物吸收、抵抗重金属的复杂机制中起着关键作用.植物重金属转运蛋白分为吸收蛋白和排出蛋白,其中,吸收蛋白转运必需重金属进入细胞,同时也会因为必需重金属的缺乏或离子之间的竞争而运载有毒重金属;排出蛋白是一类解毒蛋白,可将过量的或有毒的重金属逆向转运出细胞,或区室化于液泡中.目前,细胞内多种重金属转运蛋白基因的转录水平与重金属离子积累之间的联系已被揭示,并分离克隆出诸多相关蛋白家族成员.本文综述了近年来发现并鉴定的主要重金属转运蛋白的金属亲和性、器官表达特异性及细胞内定位等的研究进展.     

Molecular Mechanisms and Genetic Basis of Heavy Metal Tolerance/Hyperaccumulation in Plants

Phytoremediation has gained increased attention as a cost-effective method for the remediation of heavy metal-contaminated sites. Because some plants possess a range of potential mechanisms that may be involved in the detoxification of heavy metals, they manage to survive under metal stresses. High tolerance to heavy metal toxicity could rely either on reduced uptake or increased plant internal sequestration,which is manifested by an interaction between a genotype and its environment. The growing application of molecular genetic technologies has led to increased understanding of mechanisms of heavy metal tolerance/accumulation in plants and, subsequently, many transgenic plants with increased heavy metal resistance,as well as increased uptake of heavy metals, have been developed for the purpose of phytoremediation. In the present review, our major objective is to concisely evaluate the progress made so far in understanding the molecular/cellular mechanisms and genetic basis that control the uptake and detoxification of metals by plants.     

Heavy metals toxicity in plants: An overview on the role of glutathione and phytochelatins in heavy metal stress tolerance of plants

Plants experience oxidative stress upon exposure to heavy metals that leads to cellular damage. In addition, plants accumulate metal ions that disturb cellular ionic homeostasis. To minimize the detrimental effects of heavy metal exposure and their accumulation, plants have evolved detoxification mechanisms. Such mechanisms are mainly based on chelation and subcellular compartmentalization. Chelation of heavy metals is a ubiquitous detoxification strategy described in wide variety of plants. A principal class of heavy metal chelator known in plants is phytochelatins (PCs), a family of Cys-rich peptides. PCs are synthesized non-translationally from reduced glutathione (GSH) in a transpeptidation reaction catalyzed by the enzyme phytochelatin synthase (PCS). Therefore, availability of glutathione is very essential for PCs synthesis in plants at least during their exposure to heavy metals. Here, I reviewed on effect of heavy metals exposure to plants and role of GSH and PCs in heavy metal stress tolerance. Further, genetic manipulations of GSH and PCs levels that help plants to ameliorate toxic effects of heavy metals have been presented.     

植物对氨基酸的吸收及其生理效应

<正> 在古代的农业系统中,所用的肥料都是有机肥,人们并不知道植物依赖于何种物质得以生长繁衍。自1840年,德国化学家李比希(J.U.Liebig)发表了《化学在农业和植物生理学上应用》一书后,人们对植物的营养有了新的认识,认识到矿物质对植物的重要性。李比希在书中指出:“土壤中矿物质是一切绿色植物唯一的养料。植物可以完全依赖于无机物质而生长发育。这一观点即为“植物的矿质营养学说”。该学说后来为生产实践所充分证明,并成为农业化学     

Cadmium and copper uptake and accumulation by Sesbania rostrata seedling, a N-fixing annual plant: implications for the mechanism of heavy metal tolerance

Sesbania rostrata,an annual tropical legume,has been found to be tolerant to heavy metals,with an unknown mechanism.It is a promising candidate species for revegetation at mine tailings.In this study,sequential extractions with five buffers and strong acids were used to extract various chemical forms of cadmium and copper in S.rostrata,with or without Cd or Cu treatments,so that the mechanisms of tolerance and detoxification could be inferred.Both metals had low transition rates from roots to the aboveground of S.rostrata.The transition ratio of Cd (4.00%) was higher than that of Cu (1.46%).The proportion of NaCl extracted Cd (mostly in proteinbinding forms) increased drastically in Cd treated plants from being undetectable in untreated plants.This suggests that Cd induced biochemical processes producing proteinlike phytochelatins that served as a major mechanism for the high Cd tolerance of S.rostrata.The case for Cu was quite different,indicating that the mechanism for metal tolerance in S.rostrata is metal-specific.The proportion of water-insoluble Cu (e.g.oxalate and phosphate) in roots increased significantly with Cu treatment,which partially explains the tolerance of S.rostrata to Cu.However,how S.rostrata copes with the high biotic activity of inorganic salts of Cu,which increased in all parts of the plant under Cu stress,is a question for future studies.Sesbania rostrata is among the very few N-fixing plants tolerant to heavy metals.This study provides evidence for the detoxification mechanism of metals in Sesbania rostrata.