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。     

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。     

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。     

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.     

砷超富集植物蜈蚣草原生质体的分离及其抗砷性分析

蜈蚣草(Pteris vittata)是一种砷超富集植物, 能够通过根从土壤中吸收砷, 并将其输送至羽叶中富集。为了探索蜈蚣草单个细胞在砷积累和砷抗性中的特性, 本文首次通过酶解方法获得了这一砷超富集蕨类植物的原生质体, 并研究了原生质体在不同浓度砷胁迫下的生活力。结果显示, 蜈蚣草原生质体的抗砷性远高于烟草原生质体的抗砷性, 与其整体植株的抗性一致。这为探索砷抗性和超富集机理提供了一个新的研究体系。     

砷超富集植物蜈蚣草原生质体的分离及其抗砷性分析

蜈蚣草（Pteris vittata）是一种砷超富集植物,能够通过根从土壤中吸收砷,并将其输送至羽叶中富集.为了探索蜈蚣草单个细胞在砷积累和砷抗性中的特性,本文首次通过酶解方法获得了这一砷超富集蕨类植物的原生质体,并研究了原生质体在不同浓度砷胁迫下的生活力.结果显示,蜈蚣草原生质体的抗砷性远高于烟草原生质体的抗砷性,与其整体植株的抗性一致.这为探索砷抗性和超富集机理提供了一个新的研究体系.     

蜈蚣草中砷超富集的分子机制研究进展

砷是一种毒性很强的类金属元素,土壤砷污染可引发一系列食品安全问题,进而威胁人类健康。蜈蚣草具有极强的富集砷的能力,在砷污染土壤的植物修复中具有重要的应用价值。深入阐释蜈蚣草超富集砷的分子机制是植物修复技术的核心理论基础。文中综述了蜈蚣草超富集砷的组学研究进展,以及目前鉴定到的砷富集过程中的重要分子元件,并对未来的研究方向和趋势进行了展望。     

基于蕨素聚类分析的凤尾蕨属药用植物化学分类研究

目的:研究凤尾蕨属5种药用植物蕨素类活性成分,为其质量评价、鉴定及亲缘关系研究提供依据,为凤尾蕨属植物化学分类深入研究奠定基础。方法:采用HPLC-DAD测定5种药用植物的石油醚、乙酸乙酯、正丁醇和水部位的蕨素类成分。比较蕨素种类和含量差异,并以蕨素类特征成分及其含量为分类性状,采用聚类分析对凤尾蕨属药用植物进行化学分类研究。结果:从大叶井口边草、半边旗、全缘凤尾蕨、蜈蚣草和凤尾草中分别检测出蕨素类成分59、39、3、7和22个,总体来看大叶井口边中蕨素类成分含量最高,而全缘凤尾蕨中蕨素类成分含量最低。运用系统聚类将5种药用植物聚成3类:第Ⅰ类为全缘凤尾蕨、蜈蚣草和凤尾草;第Ⅱ类为半边旗;第Ⅲ类为大叶井口边草。结论:半边旗与全缘凤尾蕨、蜈蚣草和凤尾草之间的化学亲缘关系较远。蕨素聚类结果与传统分类结果有较好的一致性。蕨素类成分HPLC-DAD图谱可用于凤尾蕨属植物的鉴别和分类研究,并可为其质量评价提供重要参考。     

改良FIASCO方法筛选砷超富集植物蜈蚣草SSR分子标记

蜈蚣草（Pteris vittata L.）是目前用于砷污染土壤修复最好的超富集植物,但其分子水平上的研究数据较少。为了开发蜈蚣草特异性SSR遗传标记,本文采用改良的FIASCO方法从蜈蚣草AG和AC微卫星富集文库中随机挑选100个克隆,分离得到51个微卫星位点,其中60%为完美型（Perfect）SSR。根据这些位点设计、合成了25对引物,并对江西庐山及湖北恩施两地蜈蚣草种群各20个个体进行了遗传多样性检测,结果发现：其中8个完美型及1个间断型（intermittent）SSR位点的引物能够扩增出清晰、稳定且具有多态性的条带。9对引物共扩增出41个等位基因,各位点等位基因数在2~7之间,平均等位基因数为4.56个;期望杂合度在0.0494~0.8169之间;没有连锁不平衡现象发生。采用大叶井栏边草（Pteris multifida Poir.）进行跨种扩增,结果发现其中6对引物能够进行种间扩增。这些SSR分子标记的开发有助于蜈蚣草生态适应性进化分析、揭示蜈蚣草地理分布格局以及探讨蜈蚣草遗传多样性,还可用于品种鉴定及选育等。     

改良FIASCO方法筛选砷超富集植物蜈蚣草SSR分子标记(英文)

蜈蚣草(Pteris vittata L.)是目前用于砷污染土壤修复最好的超富集植物,但其分子水平上的研究数据较少。为了开发蜈蚣草特异性SSR遗传标记,本文采用改良的FIASCO方法从蜈蚣草AG和AC微卫星富集文库中随机挑选100个克隆,分离得到51个微卫星位点,其中60%为完美型(Perfect)SSR。根据这些位点设计、合成了25对引物,并对江西庐山及湖北恩施两地蜈蚣草种群各20个个体进行了遗传多样性检测,结果发现:其中8个完美型及1个间断型(intermittent)SSR位点的引物能够扩增出清晰、稳定且具有多态性的条带。9对引物共扩增出41个等位基因,各位点等位基因数在2~7之间,平均等位基因数为4.56个;期望杂合度在0.0494~0.8169之间;没有连锁不平衡现象发生。采用大叶井栏边草(Pteris multifida Poir.)进行跨种扩增,结果发现其中6对引物能够进行种间扩增。这些SSR分子标记的开发有助于蜈蚣草生态适应性进化分析、揭示蜈蚣草地理分布格局以及探讨蜈蚣草遗传多样性,还可用于品种鉴定及选育等。     

蜈蚣草砷超富集机制及其在砷污染修复中的应用

蕨类植物蜈蚣草能够从土壤中吸收砷,并储存于地上部分羽叶的液泡中。蜈蚣草具有高效的抗氧化系统,以降低砷的毒害;其砷酸还原系统和液泡区隔化是蜈蚣草进行砷解毒和砷超富集的重要机制。本文综述了目前蜈蚣草砷超富集机制研究的主要进展,并对其在修复砷污染环境的应用中进行了讨论。     

砷对土壤-蜈蚣草系统中磷生物有效性的影响

磷是植物必需的大量营养元素,而其同族元素砷却不是植物生长发育所必需的。通过等温吸附平衡实验发现土壤中存在的砷可以降低褐土对磷的吸附,褐土对砷的吸附率大于等于褐土对磷的吸附率。对砷超富集植物蜈蚣草而言,土壤中砷的添加量不超过800mg／kg时,蜈蚣草地上部和地下部磷含量显著提高,结果初步表明,砷可以提高土壤中磷的生物有效性。     

不同生态型摩西球囊霉菌株对蜈蚣草砷吸收的影响

砷超富集植物——蜈蚣草无论是在野外或是在室内均能被丛枝菌根真菌(AM真菌)侵染,但其对蜈蚣草砷吸收及转运的机理尚不清晰.本研究将分离于湖南省郴州市金川塘某铅锌尾矿蜈蚣草根际土壤(Glomus mosseae BGC GD01,简称污染菌株)和云南省未污染土壤(G.mosseae BGC YN05,简称非污染菌株)的2种摩西球囊霉菌株分别接种于非污染生态型和污染生态型蜈蚣草根际,8周后利用菌根化蜈蚣草幼苗在浓度为100 μmol·L-1砷(Na2HAsO4·7H2O)营养液中进行为期24 h的水培试验.结果表明,2种生态型摩西球囊霉菌株分别与蜈蚣草形成中等程度侵染,侵染率为25.2％ ～31.3％.无论是接种污染菌株或是非污染菌株,均明显促进了蜈蚣草根部对磷的吸收.在24 h水培试验期间,接种非污染菌株显著促进了蜈蚣草根部砷的吸收,但接种污染菌株对蜈蚣草根部砷吸收的促进作用有限,说明AM真菌对蜈蚣草砷吸收存在种内差异.     

富砷植物蜈蚣草孢子和配子体发育的显微观察

蜈蚣草(Pteris vittata L.)隶属于凤尾蕨科( Pteridaceae),是钙质土及石灰岩的指示植物,分布于我国热带和亚热带[1],是常见的蕨类植物.蜈蚣草是最先被发现的As超富集植物,它的叶片是主要的富集部位[2],所以,蜈蚣草可用来修复砷污染的土壤,由此使它受到人们的广泛关注.     

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。     

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.     

高砷区植物的生态与化学特征

 土壤砷污染是一种十分严重的环境问题,但目前尚无经济有效的治理方法。利用各种重金属的耐性与富集植物修复重金属污染土壤是当前的研究热点。通过对两个中国典型的砷矿区（炼砷区）土壤与植物的系统调查与采样分析,发现若干种植物对砷具有极强的耐性和不同程度的富集能力。砷在不同植物中的含量分别为：蜈蚣草（Pteris vittata）羽片1 600 mg·kg-1 DW,剑叶凤尾蕨(Pteris ensiformis)地上部1 230 mg·kg-1 DW,酸模(Rumex acetosa)地上部 440 mg·kg-1     

耐砷促生菌对超富集植物蜈蚣草砷吸收及根际微生物群落的调控作用

【目的】分析添加外源促植物生长微生物(plant growth-promoting bacteria,PGPB)对植物生长、砷富集和根际微生物的影响,为植物-微生物联合修复砷污染土壤提供参考。【方法】通过添加外源PGPB,研究蜈蚣草生物量和砷富集量与外源微生物促植物生长特性的关系,采用高通量测序技术分析蜈蚣草根际微生物群落在外源PGPB干预下的变化规律。【结果】2株根际菌(假单胞菌PG12、芽孢杆菌R19)和1株内生菌(恶臭假单胞菌S6)具备典型的促植物生长特性,对蜈蚣草的促生作用顺序为：PG12>S6>R19,与对照组相比,生物量分别提高了234%(P<0.01)、136%(P<0.01)和67%;添加外源PGPB后,蜈蚣草砷含量从对照的18.50 mg提高到了31.25-46.95 mg,增幅高达153%(PG12)和139%(S6),对应的蜈蚣草砷浓度从2616.34mg/kg降至1348.04-2 156.23 mg/kg,呈现出典型的砷“稀释效应”;α多样性指数Sobs、Chao和Ace显示,仅R19处理显著提高了根际微生物的群落多样性,而β多样性指数...     

蜈蚣草的解剖结构与组织化学特征

蜈蚣草（Pteris vittata）是多年生的超积累砷植物，并用于修复受重金属污染的土壤。利用光学显微镜和荧光显微镜来研究蜈蚣草的解剖结构及组织化学特征，以此明确该物种适应干旱岩生环境，以及具有离子超富集作用的特点。结果表明：（1）蜈蚣草孢子体的根状茎、不定根和叶的结构均为初生结构，不定根的结构由内而外包括维管柱、内皮层、皮层、木质化厚壁组织层和表皮。（2）根状茎结构由内而外包括网状中柱、内皮层、皮层、表皮外覆盖的角质层。（3）羽状复叶的总叶柄的结构由内而外包括维管束、内皮层、皮层、厚壁组织层、表皮外覆盖的角质层。叶片为异面叶，表皮内方具厚壁层，叶表皮具角质层，仅下表皮有气孔。（4）蜈蚣草根表皮、皮层与根毛的表面富含果胶，皮层木质化；黄连素离子通透性试验结果显示，根毛、根表皮和皮层滞留大量黄连素离子。综上，植物体的内皮层、木质化厚壁组织层、异面叶和厚的角质层结构说明蜈蚣草适应岩生环境，根具木质化皮层和富含果胶的组织化学特点，以及离子通透性试验表明其与离子超积累功能有关。