金属型纳米颗粒对植物的生态毒理效应研究进展

纳米技术的高速发展和人工纳米颗粒(NPs)的广泛应用带来的潜在环境风险已经引起国内外的广泛关注.金属型纳米颗粒(MB NPs)具有金属毒性和纳米毒性的双重效应,其生物毒性和生态风险已成为纳米毒理学的研究热点之一.植物作为生态系统中的重要组分,是NPs生物累积并进入食物链的潜在途径.本文论述了MB NPs在植物中的吸收、转运和累积过程,总结了MB NPs对植物的毒性效应及其机制,探讨了MB NPs植物毒性的影响因素,综合评述了近年来关于MB NPs对植物特别是农作物的生态毒理效应的研究进展,同时分析了目前研究中存在的问题,对今后的研究方向进行了展望.     

麻阳铜矿植被组成特征及优势种植物铜含量

对麻阳铜矿的Cu矿脉地表露头区、废弃采坑口、矿洞塌陷区和Cu矿石矿渣散落区进行土壤和植被调查,旨在筛选潜在的金属型植物。结果表明,土壤总Cu含量和DTPA提取态Cu含量分别为3250和393mg·kg-1,而Zn、Pb和Cd含量相对较低。共计录到28科47属54种植物,其中菊科、禾本科、豆科、蓼科植物共27种。头花蓼(Polygonum capitatum)、酸模(Rumex acetosa)和地枇杷(Ficus tikoua)是上述生境中的优势植物,其地上部Cu含量分别为120、203和133mg·kg-1,生物富集系数介于0.01～0.1。表明,麻阳铜矿土壤高Cu含量是影响植物自然定居的主要限制因子;3种优势植物可能以低积累或排异型的方式适应高Cu含量土壤,可以作为候选金属型地被植物用于重金属污染土壤的植物稳定或绿化。     

纳米材料的抗真菌活性及其机制研究进展

随着抗真菌药物的广泛使用,真菌的耐药性明显增强,这使科学家将目光转向了基本不产生耐药性、安全性更高的纳米材料.目前,应用比较广泛的主要有金属型纳米抗真菌材料、光催化型抗真菌材料及复合型抗真菌材料.本文综合近几年的研究报道,简要叙述不同纳米材料的抗真菌活性及其机制.     

稀土元素对植物的生物效应及其作用机理

综述了稀土元素对植物根系发育、生物量、品质和抗逆性的影响.适量稀土浓度可促进植物生长,提高种子萌发能力和根系发育,提高植物生物量,并改善植物果实的品质.施用适量稀土元素还可以增强植物的抗逆性并且对一些植物病害有一定防治作用.介绍了植物对稀土元素的吸收特性和稀土元素在植物体内的含量、分布、存在形式及细胞定位.重点探讨了稀土元素对植物光合作用、叶绿素形成、植物吸收营养元素、稀土元素与钙相关性和稀土元素对细胞膜及酶的作用机理,内容包括稀土元素可提高植物叶绿素含量,增强光合效率,从而增加植物生物量.适量的稀土元素能够促进植物对营养元素的吸收、转化和利用.稀土元素有类似钙的功能,可置换出酶中的钙离子而参与酶的反应.稀土离子可以维持细胞膜的透性和稳定性,提高膜的保护功能,增强植物对不良环境的抵御能力.最后,对稀土元素的研究前景进行了展望.     

广西靖西县壮族民间对植物的命名

采用民族植物学方法,对广西靖西县常见植物进行了调查,完成了103种当地植物的民族植物学编目.通过分析这些植物的命名规律,结果发现:靖西县壮族民间对植物的命名采用了“双名”法,植物名称的前面部分包含了植物的形态型或用途类型,而后面的部分则包含了植物的形态特征、颜色、生长环境、性状和用途等方面.本文还对靖西县壮族民间植物命名与双名法以及其他民族命名进行了比较,探讨了其相似之处和不同点.从对植物的命名和发音等方面来看,壮族和傣族两个民族具有语言上的相似性.     

植物对羰基化合物的排放与吸收研究进展

综述了植物排放、吸收羰基化合物的研究成果,讨论了植物与大气之间羰基化合物的交换补偿点问题.气孔和角质层的吸收是醛类被植物净化的重要途径.羰基化合物进入植物叶片后,在叶片体内酶的作用下绝大部分被代谢为有机酸、糖类、氨基酸、二氧化碳等产物.根据补偿点及周围大气中羰基化合物的浓度可初步推断出植物与大气之间羰基化合物的交换方向.简要叙述了目前植物排放羰基化合物以及植物叶片中羰基化合物的分析方法,如DNPH/HPLC/UV和PFPH/GC/MS法.最后指出未来的研究热点为:改进和优化植物排放羰基化合物的分析方法和研究体系(如植物-土壤体系)、扩大植物排放羰基化合物的检测种类范围、筛选净化污染能力强的植物物种,以及推广植物修复大气污染技术.     

中国粮食和农业植物遗传资源状况报告（Ⅰ）

10多年来,中国政府十分重视粮食和农业植物遗传资源的保护和可持续利用,并根据<粮食和农业植物遗传资源全球行动计划>20项优先领域,通过制定和完善相关的法律法规,加强了粮食和农业植物遗传资源的管理;通过培训和科普宣传,提高了公众意识;通过国际合作和协作网建设,实现了信息、人员和植物遗传资源的交流与交换;通过各种国家计划和项目的实施,建立和完善了植物遗传资源保护体系,实现了植物遗传资源的安全保存和可持续利用,为中国乃至世界植物育种和粮食安全发挥了较大作用. (1)对主要粮食和农业植物野生种进行了系统调查和编目,建立了116个原生境保护点,包括野生稻、野生大豆、小麦野 生近缘植物、野生蔬菜等,有效遏制了野生植物遗传资源的快速灭绝现象. (2)建成和完善了1座国家长期库、1座国家复份库、10座国家中期库、29座省级中期库、32个国家种质资源圃(含2个 试管苗库),另外7个种质圃正在建设中.基本形成了较为完善的国家植物遗传资源保护体系,长期保存植物遗传资源 397067份. (3)繁殖更新了286604份植物遗传资源,充实了中期库,极大地提高了植物遗传资源分发和供种能力.仅2001-2007年 就向全国2650个单位,提供了13.2万份次植物遗传资源. (4)国家投资1.8亿元人民币,于2003年建成了"作物基因资源与基因改良国家重大科学工程",为植物遗传资源具有重 大应用前景新基因的基因型鉴定、发掘提供了条件平台. (5)通过植物遗传资源的深入鉴定与评价,创造了一大批优异种质,培育了大量植物新品种并应用于生产,提高了植物遗 传资源的利用率.同时,中国政府十分重视植物遗传资源的多样性利用,通过不同作物间作套种、同一作物不同品种混合种 植.保护了品种的多样性,减少了病虫杂草危害. (6)通过加强植物遗传资源的管理,实现了国内植物遗传资源的共享,扩大了对外交流与交换,为中国乃至世界粮食安 全、国民经济又快又好地发展、减少贫困、增加农民收入做出了较大贡献. 尽管中国在粮食和农业植物遗传资源保护和利用方面取得了显著成绩,但还面临许多挑战.需要加强与其他国家和国 际组织的合作,获得国外植物遗传资源和相关技术;继续进行植物遗传资源,特别是野生植物遗传资源、边远地区古老农家品 种的调查及考察与收集,进一步建设和完善植物遗传资源保护体系,实现本国植物遗传资源的全面保护;系统深入地鉴定评 价已保存的植物遗传资源,提供育种家利用,拓宽育种材料的遗传基础;实现更加充分的资源共享和利益分享.进一步提高资 源利用效率.     

长白山白鸡腰子国家级动植物科技示范园区植物资源

白鸡腰子属温带气候,植物资源丰富.经过近两年的调查研究,首次统计出白鸡腰子植物资源约为124科、343属、619种,约占长白山植物资源种数的25.54%.本文报道了白鸡腰子药用植物、观赏植物、野菜植物、野果植物、蜜源植物等17类植物资源相的情况.在调查研究过程中设计了不同坡向、不同海拔的样地,介绍了各资源相在三个不同景观带的分布情况,并列举出部分代表性植物,提出了开发利用和保护植物资源的一些建议,同时制作了一张光盘.为国内外研究白鸡腰子植物资源提供了第一手资料.     

石鼓书院植物景观资源评价与保护

石鼓书院共有植物29科31属41种,主要植物景观类型5种.文章对评价指标进行量化,建立了植物景观评价指标体系,采用植物景观综合评价指数法和AHP法对石鼓书院槙物景观进行评价与分析.认为其植物景观资源整体水平偏低,植物景现质量为IIl级;对石鼓书院的植物景观恢复和保护提出了可行性建议.     

沙区植物多样性保护研究进展

沙区景观表现为沙丘和低地交错分布.沙区常具独特的植物区系,含有特有和稀有植物.沙区植物丰富度降低和特有(稀有)植物消失问题近些年已受到很大关注,被列入国际生物多样性保护计划,很多国家和地区都对此开展了专门的研究.本文以近期发表的文献为基础,从植物多样性保护问题的提出、植物多样性形成机制、植物多样性保护途径、植物多样性研究与生态学理论的发展等方面论述了沙区植物多样性保护及其研究进展.沙区植物多样性保护应注意植物多样性保护目标的地域间差异(维持沙丘上的高植物丰富度还是保护特有或稀有植物)、流沙固定-植物多样性保护间的均衡、"植物多样性保护的量(高的植物丰富度)-质(特有或稀有植物出现)"间的均衡.还应将沙丘体和丘间低地视为一个统一体,研究干扰和生境破碎化对植物多样性造成的影响.     

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。     

一氧化氮对植物重金属胁迫抗性的影响研究进展

一氧化氮(NO)作为一种重要的信号分子,在调节植物重金属胁迫抗性方面上起着非常重要的作用。综述了NO在植物体内的产生途径,重金属胁迫下植物体内内源NO含量的变化以及外源NO与内源NO对植物重金属胁迫抗性的影响。大量研究表明外源NO能够增强植物对重金属胁迫的抗性,一方面是通过增强植物细胞的抗氧化系统或直接清除活性氧,另一方面是通过影响植物对重金属的吸收以及重金属在植物细胞内的分布。然而内源NO在调节植物重金属胁迫抗性上的功能角色仍存在争议。有些研究表明内源NO是有益的,能够缓解重金属胁迫诱导的毒性;但是也有证据表明内源NO是有害的,能够通过促进植物对重金属的吸收以及对植物螯合素进行S-亚硝基化弱化其解毒功能,从而参与重金属诱导的毒害反应和细胞凋亡过程。     

Phytochelatins and heavy metal tolerance

The induction and heavy metal binding properties of phytochelatins in heavy metal tolerant (Silene vulgaris) and sensitive (tomato) cell cultures, in water cultures of these plants and in Silene vulgaris grown on a medieval copper mining dump were investigated. Application of heavy metals to cell suspension cultures and whole plants of Silene vulgaris and tomato induces the formation of heavy metal–phytochelatin-complexes with Cu and Cd and the binding of Zn and Pb to lower molecular weight substances. The binding of heavy metal ions to phytochelatins seems to play only a transient role in the heavy metal detoxification, because the Cd- and Cu-complexes disappear in the roots of water cultures of Silene vulgaris between 7 and 14 days after heavy metal exposition. Free heavy metal ions were not detectable in the extracts of all investigated plants and cell cultures. Silene vulgaris plants grown under natural conditions on a mining dump synthesize low molecular weight heavy metal binding compounds only and show no complexation of heavy metal ions to phytochelatins. The induction of phytochelatins is a general answer of higher plants to heavy metal exposition, but only some of the heavy metal ions are able to form stable complexes with phytochelatins. The investigation of tolerant plants from the copper mining dump shows that phytochelatins are not responsible for the development of the heavy metal tolerant phenotypes.     

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。     

Efflux-mediated heavy metal resistance in prokaryotes

What makes a heavy metal resistant bacterium heavy metal resistant? The mechanisms of action, physiological functions, and distribution of metal-exporting proteins are outlined, namely: CBA efflux pumps driven by proteins of the resistance-nodulation-cell division superfamily, P-type ATPases, cation diffusion facilitator and chromate proteins, NreB- and CnrT-like resistance factors. The complement of efflux systems of 63 sequenced prokaryotes was compared with that of the heavy metal resistant bacterium Ralstonia metallidurans. This comparison shows that heavy metal resistance is the result of multiple layers of resistance systems with overlapping substrate specificities, but unique functions. Some of these systems are widespread and serve in the basic defense of the cell against superfluous heavy metals, but some are highly specialized and occur only in a few bacteria. Possession of the latter systems makes a bacterium heavy metal resistant.     

Managing heavy metal toxicity stress in plants: Biological and biotechnological tools

The maintenance of ion homeostasis in plant cells is a fundamental physiological requirement for sustainable plant growth, development and production. Plants exposed to high concentrations of heavy metals must respond in order to avoid the deleterious effects of heavy metal toxicity at the structural, physiological and molecular levels. Plant strategies for coping with heavy metal toxicity are genotype-specific and, at least to some extent, modulated by environmental conditions. There is considerable interest in the mechanisms underpinning plant metal tolerance, a complex process that enables plants to survive metal ion stress and adapt to maintain growth and development without exhibiting symptoms of toxicity. This review briefly summarizes some recent cell biological, molecular and proteomic findings concerning the responses of plant roots to heavy metal ions in the rhizosphere, metal ion-induced reactions at the cell wall-plasma membrane interface, and various aspects of heavy metal ion uptake and transport in plants via membrane transporters. The molecular and genetic approaches that are discussed are analyzed in the context of their potential practical applications in biotechnological approaches for engineering increased heavy metal tolerance in crops and other useful plants.     

重金属离子的免疫检测研究进展

农畜产品中残留的重金属离子已对人类安全构成严重威胁,急需快速、高效的重金属残留检测方法。重金属离子免疫检测是一种新型的检测方法,与传统检测方法相比,具有省时、省力、费用低廉、便于携带、易于操作等优点。除了化学螯合剂之外,植物螯合肽和金属硫蛋白也可用来制备重金属免疫原。重金属离子的免疫检测可分为多克隆抗体免疫检测和单克隆抗体免疫检测,前者包括荧光偏振免疫检测,后者包括间接竞争性ELISA、一步法竞争性免疫检测和KinExA免疫检测。作为一种辅助方法,胶体金快速免疫层析法可初步检测样品中的重金属离子浓度。     

土壤重金属生物毒性研究进展

世界范围内土壤重金属污染不断加重,由污染所带来的问题以及如何治理污染已经受到人们越来越多的关注.土壤重金属将对土壤生物产生影响,而土壤生物在重金属的胁迫下也会产生不同的响应.综述了国内外近年来土壤重金属生物毒性的研究进展,介绍了土壤重金属污染对陆地生态系统中植物、动物和微生物生长的影响;土壤重金属生物毒性的影响因素;土壤重金属生物毒性的研究方法;土壤重金属生物毒性的预测模型,最后提出了问题和展望.     

Insights into the Roles of Melatonin in Alleviating Heavy Metal Toxicity in Crop Plants

Alleviating heavy metal pollution in farmland soil, and heavy metal toxicity in plants is the focus of global agricultural environmental research. Melatonin is a kind of indoleamine compound that wide exists in organisms; it is currently known as an endogenous free radical scavenger with the strongest antioxidant effect. As a new plant growth regulator and signaling molecule, melatonin plays an important role in plant resistance to biotic or abiotic stress. Recent studies indicate that melatonin can effectively alleviate heavy metal toxicity in crop plants, which provides a new strategy to minimize heavy metal pollution in crop plants. This study summarizes the research progress on the role of melatonin in alleviating heavy metal toxicity in crop plants and the related physiological and ecological mechanisms such as reducing the concentration of heavy metals in the rhizosphere, fixing and regionally isolating of heavy metals, maintaining the mineral element balance, enhancing the antioxidant defense system and interacting with hormonal signaling. Furthermore, future prospects for the mechanism of melatonin in regulating heavy metal toxicity, the pathway regulating synthesis and catabolism, and the interaction mechanism of melatonin signaling and other phytohormones are presented in this paper, with the goal of providing a theoretical basis for controlling heavy metal ion accumulation in crop plants grown in contaminated soil.     

水生双翅目昆虫监测水体重金属污染的研究

水生双翅目昆虫是监测水体重金属污染的理想对象。文章归纳用于监测重金属污染的水生双翅目昆虫的种类,重点介绍水生双翅目昆虫在重金属污染下外部形态、内部结构、生化及分子水平的变化,以及相关生物标志物的研究,为水生双翅目昆虫用于水体重金属污染的生物监测提供科学依据。