不同耐性水稻幼苗根系对镉胁迫的形态及生理响应

采用水培试验,以两个耐镉性不同的水稻品种为材料,研究了不同浓度镉胁迫对水稻幼苗根系形态、根系活力、游离脯氨酸含量及抗氧化酶活性的影响。结果表明:低于5 μmol/L Cd胁迫对2个水稻品种总根长、根表面积、根体积、根干重、根系活力无明显影响,在1 μmol/L Cd时,甚至起促进作用。随Cd浓度增加表现出一定的抑制效应,秀水63在10 μmol/L Cd胁迫下根系形态、根系活力明显受到抑制,而秀水09在25 μmol/L Cd胁迫下明显受抑。随Cd胁迫浓度的增加,游离脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性均呈上升趋势,两品种相比,秀水09的游离脯氨酸含量、SOD和POD增幅大于秀水63,而MDA含量增幅小于秀水63;过氧化氢酶(CAT)活性变化表现为先上升后下降,10-100 μmol/L Cd胁迫下秀水63根系中CAT活性明显低于秀水09。总之,水稻对Cd毒害响应存在明显的品种差异,且Cd胁迫下根系生理响应的差异是品种间耐性差异的重要原因之一。     

镉胁迫下杞柳对金属元素的吸收及其根系形态构型特征

采用水培方法,研究了杞柳(Salix integra)2个品种在0-90 μmol/L Cd处理下不同组织对Cd的吸收和积累规律,探讨了镉胁迫下杞柳根系形态学功能响应特征以及对矿质离子吸收的影响。结果发现,镉在杞柳2个品种不同组织的含量均表现为根>韧皮部>木质部>叶。2个品种地上部组织对镉的吸收和积累规律相似:在0-70 μmol/L Cd处理浓度范围内,随着溶液Cd浓度的增加,叶、木质部、韧皮部中镉的含量逐渐增加,到50 μmol/L时,镉在地上部组织的含量达到最高,当Cd处理浓度达90 μmol/L时,地上部各组织中Cd含量出现下降趋势。而2个品种根系对Cd的吸收则不同,"微山湖"品种在溶液Cd达70 μmol/L时,根系镉的积累量最大,在90 μmol/L时,根系Cd的积累量明显下降;"一枝笔"品种根系在0-90 μmol/L范围内,根系Cd的积累量均为增加趋势。通过分析2个品种根系形态学参数变化发现,Cd胁迫抑制了杞柳2个品种根的伸长,促进了"微山湖"品种根的径向生长,导致根系平均直径增加;进一步对叶片矿质营养状态分析发现, Ca、Mn的吸收受镉胁迫的影响较大,在高浓度镉胁迫下(50-70 μmol/L)"微山湖"和"一枝笔"对Ca和Mn的吸收明显下降;Cd胁迫对Fe在叶片的含量影响不明显;同时发现,在50 μmol/L Cd处理下,Cu²⁺在叶片的积累明显增加。由此可见,杞柳2个品种间对镉的吸收和积累差异主要体现在根系,地上部对镉毒害的响应差异不大。     

Cd2+胁迫对石菖蒲生理生化特性的影响

通过水堵实验,研究了不同浓度(0、50、200、400μmol/L)下和不同时间内(3、7、11d)Cd2+对石菖蒲(Acorus ta-tarinowii Sehott)叶片抗氧酶活性、叶绿素含量、脂质过氧化程度以及脯氨酸含量的影响.结果表明:(1)超氧化物歧化酶(SOD)活性在3d时随着胁迫浓度的增大而增加,但7d和11d时都是在50 μmol/L浓度下达到峰值,然后降低,但都高于对照;除400μmol/L处理下SOD随胁迫时间延长呈先降后升的趋势外,其余浓度处理下均升高.(2)过氧化物酶(POD)活性在胁迫3d和7d时均随着胁迫浓度的增大而增加,11d时在200 μmol/L处理下达到峰值,然后降低;各浓度处理组均随着胁迫时间的延长POD活性呈下降趋势.(3)过氧化氢酶(CAT)活性在不同时间内随着胁迫浓度的增加呈先增后降趋势,并且各浓度处理组的CAT均随胁迫时间的延长而增加.(4)叶绿素含量在不同胁迫时间内均在200μmol/L处理下达到峰值,然后降低;除400μmol/L处理下的叶绿素随胁迫时间延长而增加外,其余浓度处理组均呈下降趋势.(5)丙二醛(MDA)含量和脯氨酸(Pro)含量均随着胁迫浓度的增加和胁迫时间的延长而增加.研究结果分析表明石菖蒲对Cd2+胁迫有一定的耐受性.     

Cd2+对紫球藻生长及光化学活性的影响

以紫球藻(Porphyridium purpureum)为供试材料, 研究了5个不同浓度的Cd2+对紫球藻的细胞密度、叶绿素a含量、藻红蛋白含量及ATP含量的影响, 以及对紫球藻的最大光量子产额(F_v/F_m)、实际光量子产额(YII)、相对电子传递效率(ETR)及非光化学淬灭(NPQ)的影响, 探讨了各荧光参数在不同浓度的Cd2+胁迫下的变化规律。研究结果表明, 在Cd2+胁迫的6d内, 紫球藻的生长速度显著下降, 且Cd2+的浓度越高, 生长速度下降越快; Cd2+胁迫显著的减少叶绿素a、藻红蛋白及ATP含量, 且浓度越高, 减少的幅度越大; 在Cd2+浓度低于200 μmol/L时, 紫球藻的叶绿素荧光参数F_v/F_m、YII及ETR呈现先下降后上升的趋势,而且随着胁迫时间的延长, 下降幅度逐步增大; NPQ在低浓度下(<200 μmol/L)呈现显著上升趋势, 高浓度下(>500 μmol/L)呈现显著下降趋势。因此, 水体中浓度超过50 μmol/L的Cd2+就会显著影响紫球藻的生长及光化学活性, 水生环境中不断累积的Cd2+将会对紫球藻的生态平衡产生影响。     

镉胁迫对吊兰及银边吊兰生长及镉富集特性的影响

选择吊兰和银边吊兰为试验材料,采用水培法研究其在不同Cd²⁺处理浓度(0、20、80、200 μmol·L^-1)下生长及生理特性的变化。结果表明: 20 μmol·L^-1镉对两种吊兰的影响较小,单叶面积、总叶面积、叶绿素(Chl)a含量、总叶绿素[Chl (a+b)]含量、类胡萝卜素含量、Chl a/Chl b值、胞间二氧化碳浓度(C_i)和蒸腾速率(T_r)与对照(CK)基本无显著差异;80 μmol·L^-1镉胁迫下两种吊兰叶片初始荧光(F_o)和非光化学淬灭系数(NPQ)升至最高水平;200 μmol·L^-1镉胁迫下,两种吊兰生物量、叶绿素含量、最大净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、最大光化学量子产量(F_v/F_m)、实际光化学量子产量Y_(II)、转移系数(TF)以及各部分生物量均降至最低水平,而两种吊兰的过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)及过氧化氢酶(CAT)活性和银边吊兰的丙二醛(MDA)含量均有不同程度的增加。随着镉处理浓度的增加,两种吊兰各器官Cd含量持续升高,且主要富集在根部;吊兰各器官Cd含量及富集系数(BCF)在胁迫处理下均高于银边吊兰。研究表明,两种吊兰对镉具有一定的耐性,其中吊兰对Cd的耐受能力强于银边吊兰,可考虑作为绿化植物用于修复镉污染水体或土壤。     

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。     

锌胁迫对小球藻抗氧化酶和类金属硫蛋白的影响

通过对抗氧化酶活性和类金属硫蛋白的测定,考察在0、5、10、20、50和100 μmol/L Zn²⁺(氯化锌)胁迫下锌对普通海洋小球藻的生物学影响。结果表明:不同浓度Zn²⁺均能抑制小球藻的生长,当Zn²⁺浓度大于10 μmol/L时,小球藻生物量随培养时间延长而迅速下降;过氧化物歧化酶 (SOD)活性随Zn²⁺胁迫浓度的增加而增加,当Zn²⁺浓度为50 μmol/L时SOD活性达到最大,但继续增加Zn²⁺胁迫浓度反而导致SOD活性下降;而过氧化物酶 (POD)活性则随着Zn²⁺胁迫浓度的增加而降低。同时,实验发现藻细胞内有两种主要的锌结合形态,其中Zn结合类金属硫蛋白(Zn-MT-like)与兔肝金属硫蛋白(MT)的分子量相近,且随着Zn²⁺胁迫浓度的增加而出现规律性地增多。因此,藻细胞内Zn-MT-like蛋白的诱导量可作为小球藻受Zn²⁺胁迫的响应指标。     

Cd2+胁迫条件下椭圆小球藻的生理应答

研究了一株高重金属抗性的椭圆小球藻在Cd2+胁迫下的生理变化,结果显示,在10-240μmol/L浓度的Cd2+胁迫下,随着金属离子浓度提高,叶绿素的总量减少,光合放氧受到抑制.Cd2+离子浓度的提高,导致了氧自由基的大大增加,同时脯氨酸、SOD(超氧化物歧化酶)以及POD(过氧化物酶)水平均大大提高.结果提示这些与消除自由基有关的代谢产物的积累,有利于细胞减少胁迫造成的损伤.CAT(过氧化氢酶)对Cd2+离子是敏感的,其活性与胁迫浓度呈负相关.       

Cd~(2 )胁迫条件下椭圆小球藻的生理应答

研究了一株高重金属抗性的椭圆小球藻在Cd2 胁迫下的生理变化 ,结果显示 ,在 10— 2 4 0 μmol/L浓度的Cd2 胁迫下 ,随着金属离子浓度提高 ,叶绿素的总量减少 ,光合放氧受到抑制。Cd2 离子浓度的提高 ,导致了氧自由基的大大增加 ,同时脯氨酸、SOD(超氧化物歧化酶 )以及POD(过氧化物酶 )水平均大大提高。结果提示这些与消除自由基有关的代谢产物的积累 ,有利于细胞减少胁迫造成的损伤。CAT(过氧化氢酶 )对Cd2 离子是敏感的 ,其活性与胁迫浓度呈负相关     

无机三价砷对黄花水龙无菌苗生理生化特性的影响

采用溶液培养法研究无机三价砷胁迫对黄花水龙[Ludwigia peploides (Kunth) P. H. Raven subsp. stipulacea (Ohwi) P. H. Raven.]无菌苗的影响, 通过将黄花水龙无菌苗在含不同浓度NaAsO₂(0、2.5、10、50、250和500 μmol/L)的1/10霍格兰溶液中培养24h, 测定叶绿素、丙二醛(MDA)、可溶性蛋白、可溶性糖以及抗氧化酶SOD、POD、CAT活性的变化, 以探讨无机三价砷胁迫对黄花水龙无菌苗光合特性及相关生理生化特征指标的影响。结果表明: 2.5 μmol/L As (Ⅲ)处理时, 叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量达到峰值, 随着处理浓度升高,叶绿素含量均有所下降; 处理组MDA含量均高于对照组, 且当处理浓度升高至500 μmol/L显著高于对照组。可溶性蛋白含量随着砷处理浓度的升高先升后降, 在As (Ⅲ)浓度为250 μmol/L时显著高于对照组, 当浓度高至500 μmol/L时可溶性蛋白含量有所降低; 可溶性糖含量随着砷浓度的升高先降后升, 抗氧化酶SOD、POD、CAT活性均在低砷处理浓度下逐渐升高并到显著差异水平, 但当浓度高于250 μmol/L后, 含量均呈下降趋势; 这表明在低浓度胁迫下, 黄花水龙自身会出现自我保护现象, 高浓度砷对黄花水龙表现出损伤效应。研究结果为进一步研究砷胁迫下黄花水龙生理和生长变化及其培育和移植提供了一定依据。     

镉及其与钙组合对褐脉少花龙葵毛状根生长、抗氧化酶活性和吸收镉的影响

为了探讨利用褐脉少花龙葵毛状根来修复重金属镉(Cd)污染的可能性,采用溶液培养法研究了Cd单独及其与钙(Ca)组合对褐脉少花龙葵毛状根生长、抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性及对Cd吸收的影响。结果表明,Cd≤50μmol/L时能促进毛状根生长,而高于100μmol/LCd则抑制毛状根生长,使其侧根根尖变褐和变短,数目减少。与对照相比,不同浓度Cd培养的毛状根可溶性蛋白含量和SOD活性先升高后逐渐下降;其丙二醛(MDA)含量显著提高;100μmol/LCd使毛状根POD活性逐渐升高,但300μmol/LCd则使毛状根POD活性逐渐降低。与对照(仅添加100μmol/L或300μmol/LCd的毛状根)相比,Cd和10～30mmol/LCaCl2组合培养使毛状根可溶性蛋白含量和MDA含量降低;但提高其SOD活性;而100μmol/LCd和10～30mmol/LCaCl2结合培养的毛状根POD活性均比对照低;而300μmol/LCd和10～30mmol/LCaCl2结合培养的毛状根POD活性则均比对照提高。原子吸收分光光度法测定结果表明,毛状根吸收和吸附的重金属Cd含量随着培养基中Cd浓度的升高而增加。但外源加入10～30mmol/LCaCl2能减少毛状根对Cd的吸收,并调节其抗氧化酶SOD和POD活性,降低其膜脂过氧化水平而解除重金属Cd对毛状根生长的抑制或毒害。     

外源钙对镉胁迫下南美蟛蜞菊毛状根生长、抗氧化酶活性和镉吸收的缓解效应

为了探讨外源钙对重金属镉(Cd)缓解南美蟛蜞菊Wedelia trilobata毛状根毒害的生理机理,采用溶液培养法研究了重金属Cd单独及其与Ca组合对南美蟛蜞菊毛状根生长、抗氧化酶超氧化物岐化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性及对Cd2+吸收的影响。结果表明,Cd≤50μmol/L时促进毛状根生长;高于100μmol/LCd则抑制其生长,使其侧根短小,根尖变褐或变黑。与对照相比,不同浓度Cd培养的毛状根POD活性、SOD活性和MDA含量都比对照明显提高,但高于100μmol/L Cd培养的毛状根可溶性蛋白含量均比对照降低。与仅添加200μmol/L或300μmol/L Cd的毛状根相比,Cd和10~30 mmol/L Ca组合培养可促进毛状根生长,使其主、侧根变粗;提高其可溶性蛋白含量;降低其MDA含量、POD活性及SOD活性。原子吸收分光光度法测定结果表明,南美蟛蜞菊毛状根能吸收和吸附重金属Cd2+,当Cd2+浓度为100μmol/L时毛状根对Cd2+的吸收量最大,而Cd2+浓度为300μmol/L时毛状根对Cd2+的吸附量最大。外源加入10~30 mmol/L Ca2+可显著减少毛状根对Cd2+的吸收和吸附,并可调节其抗氧化酶活性,降低其膜脂过氧化水平而解除重金属镉对毛状根生长的抑制或毒害。     

外源一氧化氮对镉胁迫下黄瓜幼苗生长、活性氧代谢和光合特性的影响

镉是植物生长的非必需元素,它具有很大的生物毒性,与其它重金属相比,更易被植物吸收积累。通过采用营养液水培试验的方法,研究了外源一氧化氮（Nitric oxide,NO）对不同浓度Cd^2＋（100μmol L^-1．300μmol L^-1,500μmol L^-1）胁迫下黄瓜幼苗生长、叶片光合特性以及活性氧代谢的影响。结果表明：300μmol L^-1NO供体硝普钠（Sodium nitrop russide,SNP）能显著缓解镉胁迫时黄瓜植株造成的伤害,对300μmol L^-1 Cd^2＋处理的黄瓜幼苗缓解效果最好,可提高幼苗的生长量,增强幼苗叶片超氧物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性;提高了叶片叶绿素和脯氨酸（Pro）含量;降低了叶片内二醛（MDA）含量。     

Cd2+对三角褐指藻生长及尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因表达调控的影响

为了探究Cd2+对三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)生长及尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(UDP-glucose pyrophosphorylase, UGPase)基因表达调控的影响, 研究以不同浓度Cd2+处理三角褐指藻, 测定其生长、叶绿素荧光参数、UGP基因转录水平、UGPase活性和金藻昆布多糖含量等指标。结果表明: 低浓度(0.1 μmol/L)Cd2+促进三角褐指藻生长, UGP基因转录水平、UGPase活性和金藻昆布多糖含量分别比对照组提高了100.65%、11.99%和9.77%;而高浓度Cd2+处理组(2和5 μmol/L)各指标均显著降低, UGP基因转录水平较对照组分别下调了50.31%和60.47%, UGPase活性降低56.27%和66.72%, 金藻昆布多糖含量减少42.41%和47.30%。研究首次探究了Cd2+对三角褐指藻UGP基因表达的影响, 表明低浓度Cd2+促进三角褐指藻生长, 上调UGP基因表达, 提高金藻昆布多糖含量, 为Cd2+调控UGP基因的表达提供理论指导。     

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 .     

Effect of cadmium on the growth and antioxidant enzymes in two varieties of Brassica juncea

Increasing contamination and higher enrichment ratio of non-essential heavy metal cadmium (Cd) induce various toxic responses in plants when accumulated above the threshold level. These effects and growth responses are genotype and Cd level dependent. An experiment was conducted to analyze the effect of Cd toxicity in Brassica juncea [L] Czern and Coss by selecting its two varieties Varuna and RH-30. Cadmium (0, 25, 50 or 100 mg CdCl₂ kg⁻¹ of soil) fed to soil decreased the values of growth characteristics, activity of nitrate reductase and leaf water potential, whereas activities of antioxidant enzymes and proline content increased with the increasing concentration of Cd, observed at 30 and 60 day stages of growth, in both the varieties. Moreover, Cd uptake by the roots was higher in RH-30 than Varuna. Also the activity of antioxidant enzymes and proline accumulation were higher in Varuna with increasing soil level of Cd. Out of the two varieties, Varuna was more tolerant than RH-30 to Cd stress.