胶质芽孢杆菌对Zn2+、Cd2+的生物吸附

目的:考察胶质芽孢杆菌对Cd2 、Zn2 的耐受能力.方法:通过改变培养条件及吸附条件研究胶质芽孢杆菌对Cd2 、Zn2 的生物吸附性能.在此实验基础上,在含有Cd2 、Zn2 的培养基中对胶质芽孢杆菌进行不同浓度梯度驯化,提高其对Cd2 Zn2 的生物富集能力.结果:胶质芽孢杆菌最大Cd2 耐受浓度在100mg·L-1左右,最大Zn2 耐受浓度在100～110mg·L-1.通过改变吸附条件,考察吸附时间、吸附pH值、菌体投加量对其生物吸附性能的影响,结果表明:当Cd2 、Zn2 浓度均为5mmol·L-1,菌投量分别为40.0gdry cell·L-1、29.8gdry cell·L-1时,胶质芽孢杆菌对Cd2 、zn2 的吸附率分别可达87.45%、97.50%.胶质芽孢杆菌经重金属离子浓度梯度驯化培养数代,经过8、9代的驯化,对Cd2 、Zn2 吸附性能均有改善.结论:胶质芽孢杆菌经过驯化,在适宜的吸附条件下可以对Cd2 、Zn2 进行有效的生物吸附,在处理重金属离子废水方面有潜在的应用前景.     

富硒螺旋藻培养技术研究

采用富硒技术对印项螺旋藻培养进行强化,对硒（IV）浓度和亚硫酸盐的影响,以及硒的生物富集及其对藻细胞分子官能团结构的影响等进行了较为详细的研究,并对相关的可能机理进行了讨论。研究发现,硒对印顶螺旋藻生长具有刺激或抑制的双重作用。在0.02mg/L-411.00mg/L浓度范围内,硒不仅可以加快印顶螺旋藻的生长,而且还可以提高其生物量;同时,钝顶螺旋藻对硒的事集随着硒浓度的增加而增加,较为缓慢的生长利于钝顶螺旋藻对硒的富集。研究还证实,NaSO3会减轻高浓度Na2SeO3对印顶螺旋藻生长的毒性,富硒培养不会对藻细胞分子官能团结构产生损害。实验得出钝顶螺旋藻富硒培养较佳的硒处理浓度在10mg／L－40mg／L。     

用EDTA法研究镰刀菌胞内、胞外Pb2+的分布特征

【目的】建立一种方便、快捷、相对准确、能够定量地测定镰刀菌细胞内、外Pb2+分布的技术手段。【方法】用EDTA溶液浸泡镰刀菌细胞,使其胞外(表面)Pb2+被螯合、洗脱并测定,之后将被浸泡、清洗过的细胞消解、测铅。【结果】EDTA可以将镰刀菌表面的Pb2+螯合,且在99 min内不损伤镰刀菌细胞;以EDTA为反应介质和滴定剂,XO为指示剂,测定镰刀菌胞内、胞外Pb2+分布是可行的。依据此实验方法,测定了镰刀菌在Pb2+浓度为500 mg/L的培养基中的生长曲线、培养基中Pb2+浓度和细胞内、外Pb2+的含量。【结论】镰刀菌固定Pb2+的过程是先将Pb2+吸附在菌体胞外,之后转运至细胞内部,菌体胞外Pb2+的容纳量是有限的,每克菌体胞外Pb2+饱和吸附量约1.37 mg,通过计算可得,每克菌体用于吸附Pb2+的胞外活性位点约3.97×1018个。     

细菌胞壁多糖对水体中低浓度Pb2+和Cd2+的吸附研究

室内模拟研究了长春市伊通河天然水环境中优势细菌胞壁多糖对Pb2+和Cd2+吸附,结果发现胞壁多糖对pb2+和Cd2+的吸附量分别在pH为4.5、5.0时最大;且均分为两个阶段,即当pH＜4.5,对Pb2+的吸附量与pH呈正相关,当pH＞4.5时,对Pb2+的吸附量与pH呈负相关;对Cd2+的吸附量在pH＜5.0时与pH呈正相关,在pH＞5.0时与pH呈负相关.温度对胞壁多糖吸附Pb2+和Cd2+影响不显著;吸附体系在8 h达到吸附平衡.共存Cd2+对胞壁多糖吸附Pb2+影响显著,而共存Pb2+对吸附Cd2+不显著.胞壁多糖对Pb2+和Cd2+吸附过程符合Iangmuir和Freundlich热力学等温方程;胞壁多糖吸附Pb2+和Cd2+的动力学过程分为快速阶段和慢速阶段,其中慢速阶段符合二级吸附速率动力学方程.     

盐泽螺旋藻与其他螺旋藻的比较研究

研究了盐泽螺旋藻的形态、生理生化特性和在不同条件下的生长状况,并与其他螺旋藻进行了比较。盐泽螺旋藻、极大螺旋藻和钝顶螺旋藻在蛋白质的含量、氨基酸组分以及可见光吸收光谱等方面差别不大。盐泽螺旋藻的生长速度最快(世代时间为8.4h)。极大螺旋藻、钝顶螺旋藻1926和钝顶螺旋藻2340的世代时间分别为11、11.8和14.8h。盐泽螺旋藻的光合作用和呼吸作用强度亦大于极大螺旋藻和钝顶螺旋藻。此外,这种藻对盐分和温度还具有较宽的适应范围,在形态上也和其他3种螺旋藻有较大之差异。       

低温对螺旋藻可溶性蛋白和游离氨基酸外渗的影响

以鄂尔多斯高原碱湖特有的钝顶螺旋藻S1、引进的钝顶螺旋藻S2和极大螺旋藻S3为材料,采用Folin法和茚三酮法分别测定低温下细胞外渗液中可溶性蛋白和游离氮基酸含量。结果表明：处理温度越低,时间越长,螺旋藻细胞外渗液中可溶性蛋白和游离氨基酸的含量越高。S1膜损伤程度最轻,比引进种S2、S3有较强的抗寒能力。判断低温对螺旋藻膜损伤的程度,用可溶性蛋白较游离氨基酸更接近于实际。     

螺旋藻POD、CAT和SOD同工酶的研究

采用聚丙烯酰胺凝胶电泳法对毛乌素沙地碱湖的钝顶螺旋藻S3和鄂尔多斯螺旋藻S4与国外引进的钝顶螺旋藻S1和极大螺旋藻S2 的POD、CAT和SOD同工酶进行了比较研究。结果表明 :4个样品的 3种酶同工酶带数目不同 ,依次是S4 >S3>S1>S2 ;S3和S4 酶带数多 ,对环境适应性强 ,进化程度较高。螺旋藻不同种间的酶谱相似系数为 0 5 3～ 0 80 ,有较近的亲缘关系 ;原产地不同的钝顶螺旋藻S1和S3间酶谱相似系数最高为 0 86,表明螺旋藻种内差异 <种间差异。     

啤酒废酵母对镉离子的吸附研究

以啤酒酿造厂的啤酒废酵母为生物吸附剂,研究啤酒废酵母对Cd2 的生物吸附行为。利用原子吸收光谱法测定Cd2 含量。结果表明,啤酒废酵母吸附Cd2 受吸附时间、吸附温度、溶液pH值、酵母添加量和Cd2 起始浓度等因素的影响。实验确定了啤酒废酵母对Cd2 的最佳吸附条件。即:pH值6,Cd2 浓度为50mg/L,酵母添加量为1.0g/L,吸附温度25℃,吸附时间30min,此时啤酒废酵母对Cd2 的吸附量可达42.92mg/g干酵母。吸附Cd2 的啤酒废酵母用1.0mol/L的HCl解吸,解吸率达75.46%。对未吸附Cd2 的空白酵母和吸附Cd2 的酵母进行红外光谱分析,结果显示啤酒废酵母吸附Cd2 后羟基和羧基吸收峰发生明显变化,因此认为羟基和羧基在生物吸附中起着重要作用。     

活体微藻吸附水体中Cd2+的性能特征

【目的】藻类对重金属吸附和吸收是重金属进入食物链的重要渠道之一。研究活体微藻对水体中Cd~(2+)的吸附性能和吸附机理,旨在为Cd~(2+)等重金属离子进入水体后的去向及去除提供理论依据。【方法】选取地表水普遍存在的4种微藻:钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)和小球衣藻(Chlamydomonas microsphaera)作为试验材料,通过室内模拟实验,利用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)3种等温吸附模型,研究4种活体微藻对Cd~(2+)的吸附规律及吸附参数。【结果】4种微藻对水体Cd~(2+)吸附均可以用Langmuir、Freundlich和D-R模型描述,其中用Langmuir模型拟合钝顶螺旋藻、Freundlich模型拟合小球衣藻、D-R模型拟合铜绿微囊藻和四尾栅藻的吸附效果最佳。四尾栅藻对Cd~(2+)的吸附量最高,而钝顶螺旋藻对Cd~(2+)的吸附量最低,但与Cd~(2+)的亲和力最强,4种微藻吸附Cd~(2+)主要是以离子代换为主的化学吸附。【结论】微藻对Cd~(2+)均有较强的吸附能力,会引起以微藻为食的水生动物Cd~(2+)富集;微藻也是去除水体Cd~(2+)的潜在吸附剂原料。     

钝顶螺旋藻表达载体p215 t-spp的构建及转化

用合适的限制性内切酶消化载体p215t,胶回收获得含有gfp基因及amp基因大片段.设计引物,采用PCR扩增无菌钝顶螺旋藻A9藻株的强启动子片段;在T4连接酶的作用下进行体外连接重组,构建了带有螺旋藻启动子和gfp报告基因的新型表达载体p215t-spp.将该载体转入钝顶螺旋藻,利用报告基因的表达,在荧光显微镜下观察并记录转化藻细胞,p215t-spp质粒显著提高转化率.研究了不同PEG浓度、转化时间及冰浴处理对转化率的影响.采用1%PEG能有效促进细胞吸收DNA,获得10.5‰的转化率.实验初步证明,带有螺旋藻启动子的报告基因gfp能够在钝顶螺旋藻中顺利表达.     

小鼠金属硫蛋白突变体αα-cDNA在烟草中的表达及转基因烟草对Cd~(2+)抗性的提高

金属硫蛋白是一类小分子量的金属结合蛋白 ,有 β,α两个结构域 .用另一个 α结构域取代金属硫蛋白的 β结构域 ,得到突变体 αα.通过 PCR法在 αα- c DNA翻译起始密码子 ATG前加入植物偏爱的碱基组合 AACA,构建 Ca MV双 35S启动子驱动的 αα- c DNA植物表达载体 p GPTVd35S-αα,此载体以抗除草剂基因 ( bar)作为选择标记物 .用根癌农杆菌介导的叶盘法对栽培种烟草 NC89进行转化 .Southern和 Western印迹分析表明突变体αα- c DNA已整合进入烟草基因组并且可以正常表达 .Northern印迹结果显示突变体αα- c DNA在烟草根部的表达强于叶部 .烟草根、茎、叶Cd2 +含量分析表明 ,转基因植物与对照相比 ,Cd2 +更多地集中在根部 ,在一定程度上降低了叶片中的 Cd2 + 含量 .Cd2 + 抗性实验进一步证明突变体αα- c DNA的表达提高了转基因烟草对 Cd2 + 的抗性 :转基因烟草在 2 0 0μmol/L Cd Cl2 条件下生长正常 ,在 40 0μmol/Cd Cl2 培养基内也可以存活 .而 1 0 0μmol/L Cd Cl2 即成为对照烟草的致死剂量 .     

Apoptosis by Cd2+ or CdMT in proximal tubule cells: different uptake routes and permissive role of endo/lysosomal CdMT uptake

The mechanisms of cadmium-metallothionein (CdMT) uptake and toxicity in proximal tubule (PT) cells are not well understood. The effects of 10 microM CdCl2 or Cd7MT-1 (MT-1 saturated with 10 microM CdCl2) on 109Cd2+ uptake, viability, and MT levels of cultured rat PT cells were investigated. Apical 109Cd2+ uptake was measured in confluent monolayers, apoptosis was assessed with Hoechst 33342, and intracellular MT levels were monitored by immunofluorescence and quantitative morphometry. 109Cd2+ uptake into PTC increased over time and plateaued at 24 h. 109Cd7MT-1 uptake was delayed but reached a similar magnitude after 40 h. With Cd2+, apoptosis occurred within 4 h, peaked at 24 h, and declined at 48-72 h. Cd7MT-1 induced apoptosis after 24-36 h, reaching similar levels as with Cd2+ after 48 h. Cd2+ and Cd7MT-1 significantly increased intracellular MT immunoreactivity after 20 and 4 h, respectively. The weak base chloroquine and the inhibitor of phosphatidylinositol 3-kinases, LY-294002, selectively inhibited the effects of Cd7MT-1 on MT immunoreactivity and apoptosis. PT cells accumulated 109Cd7MT-1 in membrane vesicles associated with the late endo/lysosomal marker LAMP1 but less with the early endosomal marker Rab5a, which was abolished by chloroquine or LY-294002. Thus development of apoptosis followed the uptake kinetics of Cd2+ and Cd7MT-1. Endo/lysosomal inhibitors prevented uptake of Cd7MT-1 into endo/lysosomes and apoptosis but had no effect on these parameters with Cd2+, suggesting that apoptosis of PT cells is triggered by free cytosolic Cd2+, either by direct apical transport or by translocation of free Cd2+ from endo/lysosomes after endocytosis of Cd7MT-1.     

四种北方阔叶树种苗木对土壤镉胁迫的生长反应与抗性比较

采用盆栽方法,研究了4种北方阔叶树种茶条槭、山梨、五角槭和山荆子一年生苗木对土壤镉胁迫的生长反应和抗性.采用土壤和风化砂混合物作为栽培基质,设计5种土壤镉浓度梯度处理(对照、10、50、100、200mg·kg^-1).结果表明,低浓度处理(≤50mg·kg^-1)刺激各树种苗木的地径、树高生长,其中茶条槭在10mg·kg^-1处理下地径和苗高增加幅度最大,分别为对照的135.8%和146.0%;随着镉处理浓度的增加,地上部生长量下降,茶条槭在最高浓度处理下,生长量降低最大,地径和苗高仅分别为对照的241%和280%.叶片和新枝生物量变化存在较大种间差异,茶条槭和山梨在低浓度处理时总体上表现增加;山荆子新枝生物量增加,叶生物量减少;五角槭表现一致减少.最高浓度处理时,叶和新枝生物量受影响最大的是茶条槭,分别为对照的4.6%和7.3%;其次为五角槭,分别为对照的5.7%和7.9%;山梨和山荆子受影响的幅度相对较小.新根生物量除山梨外,其它3个树种苗木的生物量表现一致下降,其中下降幅度以茶条槭最大,最高浓度处理仅为对照的2.3%.山梨在低浓度处理下,新根生物量有所增加,分别为对照的125.5%和117.1%.     

镉胁迫对不同甘蓝基因型光合特性和养分吸收的影响

以2个耐镉(Cd)性不同的甘蓝品种为材料,研究了不同Cd浓度(0、20、50、100μmol.L-1)对甘蓝植株生长、叶片光合特性和养分吸收的影响.结果表明:Cd敏感品种在低浓度Cd(20μmol.L-1)处理下生长受到明显抑制,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ光合电子传递量子效率(ΦPSⅡ)及地上部、根系干质量显著降低;Cd耐性品种在高浓度Cd(50和100μmol.L-1)处理下生长和光合特性受到显著影响;Cd胁迫降低了甘蓝叶片叶绿素a和b含量,尤其对叶绿素a的影响较大,进而抑制了叶片光合能力.Cd胁迫显著降低了植株对Mn的吸收,抑制了Mg和Fe从根部向地上部的转运,且Cd敏感品种受抑制幅度更大;Cd胁迫促进了Cd耐性品种对P和S的吸收,而Cd敏感品种相反.因此,Cd胁迫下甘蓝敏感品种叶片Mn、Fe、Mg、S和P含量的降低是影响其叶片光合作用,进而抑制植株生长的重要生理原因.     

锌对镉胁迫下马蔺生长、镉积累及生理抗性的影响

通过溶液培养研究了不同浓度锌(Zn)对镉(Cd)胁迫下马蔺(Iris lacteavar. chinen-sis)生长、Cd积累及抗氧化酶活性等的影响.结果表明:加入1~100mg.L-1Zn后,Cd胁迫下马蔺地上部Cd含量变化不大,而地下部Cd含量显著增加并呈先增后降的趋势;1mg.L-1Zn处理下马蔺地下部Cd含量最高,比对照显著增加51.4%;Zn浓度高于1mg.L-1后Cd含量均出现不同程度的下降,但仍高于对照.与单独Cd处理(10mg.L-1)相比,添加低浓度Zn(1~10mg.L-1)后,马蔺地上部生物量和叶绿素含量呈增加趋势,丙二醛(MDA)含量降低;在10mg.L-1Zn处理下,叶绿素a、b含量达到峰值,分别增加5.21%和22.27%,MDA含量降低25.46%,表明低浓度Zn缓解了Cd对马蔺的毒害.随Zn浓度的增加,Zn对Cd毒害的缓解作用逐渐降低,当溶液中Zn达到一定浓度(100mg.L-1)时,马蔺毒害加重,其生物量、叶绿素含量均下降,MDA含量显著增加.在试验胁迫浓度范围内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性始终呈增加趋势,表明马蔺在受到Cd胁迫及Cd-Zn共存的条件下SOD和POD起着重要的抗氧化保护作用.     

Cadmium resistance in transgenic tobacco plants enhanced by expressing bean heavy metal-responsive gene <Emphasis Type="Italic">PvSR2</Emphasis>

PvSR2 (Phaseolus vulgaris stress-related gene) has been cloned from French bean and shown to be expressed specifically upon heavy metal treatment. In order to investigate the role of PvSR2 in plant, PvSR2 gene under the control of cauliflower mosaic virus 35S promoter was introduced into tobacco mediated with Agrobacterium tumefaciens LBA4404. The regenerated plantlets were selected on medium with 100 mg/L kanamycin. PCR and Southern blot analysis showed PvSR2 gene was integrated in tobacco genome. Gus and Northern blot analysis indicated PvSR2 gene was expressed in transgenic seedling. The heavy metal resistance assay showed that the transgenic tobacco seedlings with the PvSR2 coding sequence exhibited higher tolerance to Cd compared with wild-type (WT) under Cd exposure. The Cd content accumulated in root between transgenic and WT seedlings had no obvious difference at lower Cd external concentration (0.05-0.075 mmol/L CdCl2), whereas transgenic plant showed a lower root Cd content than the control at higher external Cd concentration (0.1 mmol/L CdCl2). These results suggested that the expression of PvSR2 can enhance the Cd tolerance, and PvSR2 may be involved in Cd transportation and accumulation at the test concentration of 0.1 mmol/L Cd.     

龙须草对镉的耐受性和富集特征

利用盆栽试验,研究了龙须草对Cd的耐受能力和富集特征.结果表明:低浓度Cd处理(5 mg·kg-1)能促进龙须草的生长,增强其生理活性,生物量、净光合速率等12个指标比对照提高1.0%～15.5%;高浓度Cd处理(>5 mg.kg-1)对龙须草的生长产生抑制作用,但当Cd浓度达到100 mg.kg-1时,龙须草仍能完成正常的生理周期,生物量、净光合速率仅比对照分别下降27.0%和25.6%.龙须草各器官的Cd含量随Cd污染程度的上升而大幅度增加,根的Cd含量为350～500 mg.kg-1,茎叶为15～35 mg·kg-1.在Cd浓度<50 mg·kg-1时,吸Cd量随添加浓度的增大而增大,茎叶吸Cd量占总吸Cd量的15.7%～38.4%,茎叶与根的吸Cd量比值最高可达0.62.龙须草对Cd污染的耐受性、富集和转运能力均较强,是一种潜在的Cd超富集植物.     

盐角草在Cd、Pb、Li污染盐土修复中的应用潜力

滩涂和内陆盐碱地是重要的后备土地资源。近年来镉(Cd)、铅(Pb)等土壤重金属和锂(Li)污染对盐碱地开发利用和生产安全造成严重威胁。利用盐生植物修复污染盐土是最经济有效的方法。本研究以盐生植物盐角草SalicorniaeuropaeaL.为材料,采用盆栽方式,通过比较分析盐角草在不同浓度Cd(0-50mmol/L)、Pb(0-50 mmol/L)和Li(0-400 mmol/L)处理下的生长和生理生化指标及离子含量的变化,研究盐角草对3种金属污染物胁迫的耐性及积累特性,以期探讨盐角草在Cd、Pb、Li污染盐土修复中的应用潜力。结果显示,随着Cd、Pb处理浓度升高,盐角草的株高、鲜重和干重均显著下降。低浓度Li(≤20 mmol/L)处理促进盐角草的生长,而高浓度Li(≥20mmol/L)处理则抑制植物生长。盐角草对Cd、Pb、Li的耐受性顺序为Li>Pb>Cd。Cd、Pb、Li胁迫可能降低了盐角草对Na和K的吸收与转运而影响植株的生长。另一方面,盐角草抗氧化酶系统对Cd、Pb、Li胁迫表现出不同的响应机理,多种抗氧化物酶协同作用,抵制Cd、Pb、Li胁迫造成的氧化毒害。盐角草根和地上部分Cd、Pb、Li含量随着处理浓度的升高而增加,其中Cd和Pb的分布特征为根>地上部分,Li的分布特征为地上部分>根。研究结果表明盐角草对Cd、Pb、Li的胁迫均具有较强的耐受性与自我调节能力,且具有富锂特性,具备修复Cd、Pb、Li污染盐土的潜力。本研究为深入研究盐角草耐受Cd、Pb、Li胁迫的机制奠定了基础,揭示了利用盐角草修复高盐碱土壤中Cd、Pb、Li污染的应用潜力。     

Cadmium-bound metallothionein induces apoptosis in rat kidneys, but not in cultured kidney LLC-PK1 cells

The ability of cadmium-bound metallothionein(Cd-MT) to induce apoptosis was investigated in vivo and in vitro. Administration of purified Cd-MT (0.15 mg MT bound Cd per kg body weight) to the rat induces DNA fragmentation, a biochemical characteristic of apoptosis in the kidney at 16 h, which was detectable by ethidium bromide staining on an agarose gel. It was still detected 24 h after administration. Induction of apoptosis by Cd-MT was specific to kidney; it was not observed in cerebrum, cerebellum, heart, lung, liver, testis, dorsolateral prostate, and ventral prostate. In contrast, addition of Cd-MT (0.01-100 microM) to the cultured porcine kidney LLC-PK1 cells failed to induce apoptosis under the condition where cadmium chloride (10 microM) did. There was no additivity of induction of apoptosis by CdCl2 (10 microM) in the presence of Cd-MT (0.01-100 microM). To examine the effect of intracellular MT on cadmium-induced apoptosis in cultured cells, new cell lines were established, which constitutively produce MT, being termed as Cd(r)-LLC-PK1 cells since Cd-MT exogenously added had much less permeability to the cultured cells. Followed by exposure of wild-type LLC-PK1 cells to 50 microM CdCl2 for 24 h, the surviving cells(Cd(r)-LLC-PK1 cells) induce MT at the level of 1.9 microg/2 x 10(6) cells. In Cd(r)-LLC-PK1 cells, 10 microM CdCl2 failed to induce apoptosis, but 60 microM CdCl2 could exert the apoptotic response, indicating that intracellular MT which was induced by CdCl2 did not facilitate CdCl2-elicited apoptosis. Furthermore, chromatin in rat kidneys was condensed by Cd-MT, but not that in LLC-PK1 cells. Thus, Cd-MT induces apoptosis in rat kidneys, but not in the cultured renal cells, suggesting that the ionic form of cadmium was required for programmed cell death.