外源钙对黑藻抗镉胁迫能力的影响

以分布广泛的沉水植物——黑藻为实验材料,对比研究了Cd胁迫和施加适宜浓度的外源Ca后,黑藻体内Cd积累、矿质营养、光合色素、可溶性蛋白、渗透调节物质、抗氧化能力以及非蛋白巯基(NP-SH)和植物络合素(PCs)的变化,以探讨Ca缓解水生植物Cd毒害的生理生化机制。结果表明:(1)Cd胁迫使黑藻体内Cd含量极显著增加,并造成明显的矿质营养失衡,主要表现为显著降低了P、K、Fe、Cu、Mn的含量,而外源Ca则削弱了黑藻对Cd的蓄积,并在一定程度上减轻了Cd胁迫所造成的矿质元素失衡;(2)Cd处理使黑藻体内叶绿素含量、叶绿素a/b值和可溶性蛋白含量大幅度下降并显著降低了黑藻的总抗氧化能力(T-AOC)和小分子保护物质[谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸(AsA)]的含量,而外源Ca延缓了黑藻的失绿症状,促进了可溶性蛋白的合成并提高了黑藻的抗氧化能力;(3)Cd胁迫使黑藻体内脯氨酸积累显著,而外施Ca减缓了其积累;可溶性糖变化趋势与之相反;(4)Cd胁迫诱导了NP-SH和PCs在黑藻体内的大量累积,外源Ca处理后,其增加幅度减小。以上结果说明外源Ca能通过抑制Cd的吸收,促进光合色素、可溶性蛋白和可溶性糖的合成,维持高的总抗氧化能力和抗氧化物质含量以及矿质营养平衡等途径来增强黑藻对Cd胁迫的抗性。     

镉在黑藻叶细胞中的亚显微定位分布及毒害效应分析

水生植物被认为能积累和浓缩重金属,本文以不同浓度Cd培养7天的黑藻为材料,研究了Cd的积累,亚细胞分布,亚显微定位,存在形态及对矿质营养吸收,光合速率和呼吸速率的影响,以揭示Cd的植物毒害机理.研究结果表明,随培养液中Cd浓度的增加,植株体内的Cd含量显著上升,富集系数为193-307;不同亚细胞组份中的Cd含量也都呈上升趋势,但分布显著不均,分配顺序依次为细胞壁＞可溶性部分＞细胞器,其中,积累在细胞壁中的含量所占比例呈下降趋势(61.66%-52.00%),而可溶性部分中则递增,细胞器部分结合的Cd含量所占比例相对恒定;硫化物-银法定位结果直观显示出Cd分布在细胞壁、叶绿体、细胞核和液泡中;逐步提取法分析表明受Cd毒害的黑藻体内Cd以不同化学形态存在,其中NaCl提取态占比例最大(55.05%),其他则较少,依次为FNaCl＞FHAc＞FWater＞FEthanol＞FHCl＞FResidue;Cd对黑藻的营养元素吸收也产生影响,主要是促进对Ca,Mn,Cu,Fe的吸收,降低对大量元素P,K的吸收;Cd对黑藻的光合速率和呼吸速率都有较强的抑制作用.结果表明Cd毒害与处理浓度间存在显著的剂量-效应关系;亚细胞分布与对细胞超微结构的损伤关系密切;Cd破坏了黑藻正常生理活动的结构基础和离子平衡,并造成功能紊乱.这些都是Cd对植物产生毒害的重要原因.     

镉在旱柳中亚细胞分布及存在的化学形态

以2个旱柳无性系幼苗为材料,通过营养液培养并结合差速离心与化学试剂提取法,分析了不同浓度Cd2+胁迫下旱柳叶和根中Cd的亚细胞分布及其存在的化学形态.结果显示,(1)随着培养介质Cd2+浓度升高,旱柳无性系幼苗叶和根中各亚细胞组分Cd含量随之增加.叶片的Cd主要富集于细胞壁、叶绿体和可溶性部分,它们的含量分别占65%～69%、14%～22%、6.8%～7.7%,仅少量Cd发现于膜部分;而根中Cd主要积累于细胞壁和可溶性部分,其中含量分别占59%～66%和14%～25%,Cd在根亚细胞组分中积累量依次为细胞壁>可溶性部分>质体>膜部分.(2)旱柳体内Cd以不同的化学形态存在,大部分为HCl(FHCl)、NaCl(FNaCl)、醋酸(HAC,FHAC)提取态,极少部分为乙醇(EtOH,FEtOH)和水提取态(Fwater),叶和根中5种Cd提取态含量依次为FHCl>FNaCl>FHAC>Fwater>FEtOH,而叶和根中HCl和NaCl提取态Cd占有比例大于30%以上.研究表明,旱柳无性系中Cd主要与蛋白质和有机酸螯合或以金属磷酸盐沉淀的形态存在,其根、叶的细胞壁和液泡在Cd忍耐与解毒中起到重要作用.     

镉在槐叶苹叶片中的蓄积及其生态毒理学分析

以分布广泛的浮水蕨类植物--槐叶苹为研究对象,用含不同浓度Cd(2.5,5,7.5 mg/L和10 mg/L)的10% Hoagland营养液培养7d,旨在分析Cd在蕨类植物中的蓄积及其诱导产生的毒理学作用.随着培养液中Cd浓度的增加,(1) 槐叶苹叶片中Cd含量极显著上升;(2) Cd处理造成槐叶苹叶片产生明显的矿质营养失衡症状,主要表现为显著增加了对Ca和降低了对P,K和Na的吸收;(3)叶绿素含量和叶绿素荧光Fv/Fm比值都逐渐降低;(4)抗氧化防御系统活性或含量紊乱,其中超氧化物岐化酶(SOD)活性下降最突出,过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、还原型谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸(AsA)和类胡萝卜素(Car)也都先升后降,膜脂过氧化产物MDA含量则显著增多;(5)可溶性蛋白含量一直下降;(6)透射电镜观察发现细胞超微结构损伤明显,主要为叶绿体膨胀和解体、线粒体嵴突减少和空泡化、细胞核核仁解体、核膜破裂、核质消失,并有晶体出现.结果表明槐叶苹虽然对水体Cd有一定的净化作用,但Cd浓度与毒害之间的剂量-效应关系明显;MDA含量的明显上升以及叶绿素和可溶性蛋白含量的显著下降标志着槐叶苹遭受到明显的氧化损伤;Cd破坏了槐叶苹进行正常生理活动所必需的生理和结构基础;SOD可以作为Cd诱导产生氧化压力的分子生物标志物和水体Cd污染的灵敏生态毒理学指标,Cd的半效应浓度为2.41mg/L,最大允许浓度为0.241mg/L.     

复合胁迫下茭白体内镉、铅的亚细胞分布和植物络合素的合成

以茭白（Zizania latifoliaTurcz.）的单季茭品种‘蒋墅茭’和双季茭品种‘葑红早’为试材,进行Cd2＋、Pb2＋的单一及复合胁迫处理,测定了茭白根系和叶片中的非蛋白巯基（NPT）、谷胱甘肽（GSH）、植物络合素（PCs）的含量,同时测定了茭白植株各亚细胞组分中Cd2＋、Pb2＋的积累量,以探讨茭白对重金属镉、铅胁迫的耐性机理。结果表明：Cd2＋、Pb2＋的单一及其复合胁迫均能促进两茭白品种根系和叶片中NPT、GSH、PCs的含量及茭白各亚细胞组分中Cd2＋、Pb2＋积累量的显著增加;复合胁迫时两茭白品种的NPT、GSH、PCs含量及各亚细胞组分中Cd2＋、Pb2＋的积累量均高于单一胁迫,茭白的不同部位间,以根系中的NPT、GSH、PCs含量显著高于叶片;茭白各亚细胞组分中Cd2＋、Pb2＋的积累量表现为：细胞壁高于原生质体,而可溶性部分高于细胞器。     

镉和锌在皖景天细胞内的分布及化学形态

运用差速离心法和化学试剂逐步提取法,分析了Cd和Zn在皖景天根、茎和叶的亚细胞分布及其化学形态.结果表明:10 μmol·L^-1 Cd处理下,Cd在皖景天细胞内的主要分布位点是其可溶部分;在100 μmol·L^-1 Cd处理下,Cd在根中主要分布在细胞壁、茎中主要分布在细胞壁和可溶部分、叶中超过90%的Cd分布在可溶部分.高Cd浓度处理时,皖景天根、茎和叶的细胞壁中Cd分布比例增加,而可溶部分Cd分布比例相对减少.在1和800 μmol·L^-1 Zn处理条件下,Zn在皖景天根、茎和叶的主要分布位点是可溶部分;高Zn浓度处理时,皖景天叶、茎和根的可溶部分和细胞壁中Zn的分布比例无明显变化.细胞器中Zn和Cd分布都很少.Cd在皖景天根、茎和叶内主要以氯化钠提取态和水提取态存在,Zn在皖景天根、茎和叶内以多种化学形态存在.     

不同类型镉积累水稻细胞镉化学形态及亚细胞和分子分布

利用水培试验结合亚细胞组分分级分离和凝胶过滤等技术,研究了水稻根和叶中镉的化学结合形态及其亚细胞和分子分布,比较了低镉积累品种“广源占No.3”和高镉积累品种 “珍桂矮”的差异.结果表明：随着营养液中镉浓度的升高,根和叶亚细胞镉含量显著上升,大部分镉积累在细胞壁（F_Ⅰ）和细胞可溶部分（F_Ⅲ）.高镉积累品种“珍桂矮”根和叶中可溶部分镉含量显著高于低镉积累品种“广源占No.3”.根和叶各种形态镉中,以氯化钠提取态占优势,其次是醋酸提取态,盐酸提取态镉含量最低.与“广源占No.3”相比,“珍桂矮”中迁移性较强的去离子水和乙醇提取态镉比例较高.凝胶过滤结果表明,两种类型的水稻可溶部分镉的出峰位置与样品流份中可溶性蛋白的出峰位置大致相同.可溶部分中的镉大多与分子量为3kD的物质结合,属于植物鳌合肽（PCs）或低分子量物质.“广源占No.3” 根系中镉与PCs配合的组分（Cd-PCs）含量远小于“珍桂矮”.“广源占No.3”细胞可溶部分较低的镉含量以及根系中较少的Cd-PCs形成量,降低了镉的移动及其向地上部转运的可能性.     

菹草对Hg2+胁迫的生理和结构应答反应

研究了不同处理浓度Hg2 对菹草叶片矿质营养吸收、叶绿素含量、可溶性蛋白、丙二醛含量、脯氨酸含量、谷胱甘肽含量以及细胞超微结构的毒害影响。结果表明,随着Hg2 浓度的增加,(1)菹草叶片叶绿素含量和可溶性蛋白含量逐渐下降,丙二醛含量和游离脯氨酸含量逐渐上升,谷胱甘肽含量则先升后降;(2)Hg2 对菹草的矿质营养吸收也产生了影响,主要是促进对Ca2 、Fe3 、Mg2 、Zn2 的吸收,降低对大量元素P、K 的吸收;(3)SDS-PAGE蛋白电泳图的条带随Hg2 浓度增加而逐渐减少,亮度也随之减弱,并且在5mg/L和7mg/LHg2 时导致了分子量为83.6kDa和51.3kDa多肽明显丢失;(4)电镜观察发现:随Hg2 浓度的增加,对细胞超微结构的损伤程度也加剧,表现为被膜断裂、消失和叶绿体膨大、解体。Hg2 破坏了菹草正常生理活动的结构基础和离子平衡,并造成功能紊乱。这些都是Hg2 对菹草产生毒害的重要原因。Hg2 对菹草的致死浓度范围应在1～3mg/L。     

Pb 在水花生愈伤组织中的超微定位及对矿质元素的影响

水体重金属污染已经成为一个日益严重的环境问题, 了解水体重金属污染原理、处理水体重金属, 已经成为一个必需解决的课题。由于重金属元素具有难降解、易积累、毒性大等特点, 另外还能被水生植物富集吸收进入食物链危害人畜健康。因此, 植物对重金属毒害的抗性机理以及提高植物抗重金属胁迫能力的探索研究越来越引起人们的关注。虽然在铅(Pb2+)胁迫下植物的抗氧化反应已经有了一些报道, 但有关于植物愈伤组织受到重金属胁迫后变化的研究报道较少。鉴于此, 研究将分布广泛的挺水植物水花生进行愈伤组织培养, 克服了光照、温度、水分及植物生长发育在自然状态下的不可控制性, 使实验数据更具重复性和科学性。经过70%酒精30s、5%次氯酸钠10min 和0.1%升汞10min 消毒后, 在激素为6-BA(3.0 mg/L)和NAA(0.2mg/L)的1/2MS 培养基中培养出水花生茎段的愈伤组织并以此作为研究对象, 以常见的污染环境的重金属离子—Pb2+为胁迫因子。研究了在不同Pb 处理浓度(0、0.2、0.4、0.8 和1.6 mmol/L)下愈伤组织对Pb 的积累、亚细胞分布、亚显微定位及矿质元素的影响。结果表明, 随着培养液中Pb 浓度的增加, (1)愈伤组织体内的Pb 含量极显著上升, 富集系数为2341—2681; (2)各亚细胞组分中的Pb 含量都呈逐渐上升的趋势, 但分配比例明显不均, 分布规律为细胞壁>细胞器>可溶性部分, Pb 胁迫与处理浓度间存在显著的剂量—效应关系, Pb在亚细胞分布与对细胞超微结构的损伤关系密切; (3)超微定位观察发现在细胞壁上分布有大量的Pb 颗粒,细胞内膜结构及基质中也都存在Pb; ⑷Pb 对各亚细胞组分中矿质元素的影响不同, 其中抑制了大量元素P、K、Mg 和微量元素Na、Zn、Mn 的吸收; Ca 在细胞壁中先升后降, 细胞器中逐渐减少, 可溶性部分中则是逐渐增加; Fe 和B 在各亚细胞组分中均表现出先升后降; Cu 在前两个组分中总体呈上升趋势, 可溶性部分中则是先升后降; Si 在细胞壁中逐渐减少, 细胞器中呈先升后降的趋势, 而可溶性部分中无法测出。可见, Pb 打乱了各亚细胞组分中离子平衡, 导致愈伤组织正常生理活动紊乱, 这些都是Pb 毒害水花生愈伤组织的主要表现。       

高粱属植物对土壤镉吸收及亚细胞的分配

通过盆栽模拟试验研究了3种高粱属植物(甜高粱、高丹草和苏丹草)对土壤cd的富集效应及其亚细胞的分配.结果表明:cd在3种高粱属植物不同部位的富集量随着cd处理浓度的增加而增加,生育期内3种高粱属植物根系中Cd的富集量大于茎鞘和叶片中的富集量;高丹草对Cd的富集量高,甜高梁次之,苏丹草最低;Cd在高粱属植物叶片、茎鞘和根系中各亚细胞组分中的分布相似表现为细胞壁>可溶性部分>细胞核、叶绿体组分>线粒体.     

霞多丽苗木中镉的积累、亚细胞分布及化学存在形态

以一年生盆栽葡萄品种霞多丽(Vitis vinifera L.cv.Chardonnay)自根苗及SO4砧嫁接苗为试材,采用CdCl2和CaCl2根部灌入的方法,研究了镉在霞多丽植株内的亚细胞分布和存在形态,以及外源添加氯化钙对植株镉吸收的影响.结果表明:大部分镉积累在霞多丽自根苗及嫁接苗的地下部器官;4 mmol·L-1浓度的CdCl2处理下,镉在自根苗根及根颈部分的积累量占77.1％,在叶片中的积累量占1.4％,而嫁接苗中镉在嫁接口以下部分的积累量高达93.9％,叶片中的积累量仅占0.1％;5 mmol·L-1外源钙缓解了植株对镉的吸收积累,而10mmol ·L-1外源钙则显著增加了植株对镉的吸收积累.镉在根系和叶片中的亚细胞分布规律为细胞壁＞可溶性部分＞细胞器,且在细胞壁中积累50％以上;镉在根系中主要以氯化钠提取态存在,其次为乙酸提取态,去离子水提取态含量最少.随着镉处理浓度的增加,各提取态含量有所变化.     

Silicon Alleviation of Cadmium Toxicity in Mangrove (Avicennia marina) in Relation to Cadmium Compartmentation

Mangrove plants seem to be highly tolerant of high levels of heavy-metal pollution. Recently, some researchers have focused on the mechanisms involved in their metal uptake and tolerance. However, the important mechanisms involved are still only partly understood. This investigation studied whether silicon (Si) affected cadmium (Cd) subcellular distribution in the leaves and root tips of Avicennia marina (Forsk.) Vierh seedlings, resulting in the amelioration of the toxicity of Cd. The results showed that Si partly overcame the reduction in growth due to Cd. This amelioration was correlated with a reduction in Cd uptake and alteration of Cd subcellular distribution. The mechanisms of Si amelioration of Cd stress were tissue dependent. In the leaves and root tips, Si reduced Cd concentration in subcellular fractions, Cd mobility, and the concentration of biologically active Cd in the cell wall active space. Si did not change the distribution of Cd between compartments in the leaves, but it increased the proportion of Cd in the cell walls and reduced the proportion of Cd in the symplast of the root tips.     

Phytochelatin synthesis plays a similar role in shoots of the cadmium hyperaccumulator Sedum alfredii as in non‐resistant plants

Phytochelatin (PC) synthesis is considered necessary for Cd tolerance in non‐resistant plants, but roles for PCs in hyper‐accumulating species are currently unknown. In the present study, the relationship between PC synthesis and Cd accumulation was investigated in the Cd hyperaccumulator Sedum alfredii Hance. PCs were most abundant in leaves followed by stems, but hardly detected by the reversed‐phase high‐performance liquid chromatography (HPLC) in roots. Both PC synthesis and Cd accumulation were time‐dependent and a linear correlation between the two was established with about 1:15 PCs : Cd stoichiometry in leaves. PCs were found in the elution fractions, which were responsible for Cd peaks in the anion exchange chromatograph assay. About 5% of the total Cd was detected in these elution fractions as PCs were found. Most Cd was observed in the cell wall and intercellular space of leaf vascular cells. These results suggest that PCs do not detoxify Cd in roots of S. alfredii. However, like in non‐resistant plants, PCs might act as the major intracellular Cd detoxification mechanism in shoots of S. alfredii.     

镉在黑藻叶细胞中的亚显微定位分布及毒害效应分析

Aquatic plants are known to accumulate and bioconcentrate heavy metals. In this study, aquatic vascular plant Hydrilla verticillata (L.f.) Royle was cultivated in water containing elevated concentrations of cadmium (up to 10 mg/L) for 7 d, the accumulation, subcellular distribution, ultrastructural localization, chemical form, toxic effects on mineral nutrient absorption of cadmium, photosynthesis rate and respiration rate were studied. It was found that H. verticillata fronds was able to accumulate cadmium, the bioconcentration factor was 193-307; subcellular fraction analysis revealed that cadmium major accumulated in cell wall (61.66%-52.00%) with decrease trends, the content of Cd enhanced in soluble fraction and remained stable in organelles, with the augment of pollutant concentration. The Cd levels occurred in different parts of leaf cell with the following sequence: cell wall > soluble fraction > organelles. Ultrastructural localization of cadmium with sulfide-silver method showed that Cd appeared in cell wall, chloroplast, nucleus and vacuole. Sequential extraction indicated that the ratio of different cadmium chemical form was different markedly, of which NaCl extractable Cd was predominated as compared with the other 5 forms; which could be seen in the following order: F(NaCl) > F(HAc) >F(Water) > F(Ethanol) > F(HCl) > F(Residue). The mineral nutrient absorption was also affected by cadmium stress, it increased the absorption of Ca, Mn, Cu, and Fe; but reduced that of P and K. Cd had a strong inhibitive effect on photosynthesis rate and respiration rate. The results suggested that the toxic symptoms of plant showed an evident correlation between dose and effect; the ultrastructural damage was closely related to the distribution of Cd. The conclusion could be reached that the death of plant was resulted from destruction of structure foundation of physiological function, unbalance of ion equilibrium and disorder of physiological metabolism.     

Site of Fluoride Accumulation in Navel Orange Leaves

Fluoride-polluted navel orange leaves, Citrus sinensis (Linn.) Osbeck, were fractionated into the subcellular components in hexane/carbon tetrachloride mixtures having various densities. Fluoride was determined at each fraction. Analyses were also made for the subcellular distribution of chlorophyll, nitrogen, and DNA to assess the extent of cross-contamination of each component.The fraction containing cell wall, nuclei, and partly broken cells apparently contained a major amount of fluoride. However, if allowance was made for the cross-contamination of chloroplasts and chloroplast fragments, the fraction of chloroplasts was found to be the site of the highest fluoride accumulation. When each particulate component was washed with water after drying, the combined washings contained more than 50% of the total fluoride of the isolated fractions.The usual method of subcellular fractionation with aqueous solvent shifted the major site of fluoride accumulation from the fraction of chloroplasts to that of the supernatant.     

Cd对槐叶苹的生理影响及外源La、Ca的缓解效应比较

研究了Cd2+毒害对低等水生植物槐叶苹的生理影响及外源La、Ca的缓解效应。结果表明,Cd2+污 染时,槐叶苹叶片出现褪绿、叶缘拳卷并伴有烂斑和根状叶断离现象。随着Cd2+浓度的升高,叶片的叶绿素 含量、SOD、CAT、POD活性先升后降,但各指标达到最大值时的Cd2+浓度各不相同,以POD对应的最高。可 溶性蛋白含量及丙二醛(MDA)产量分别呈现出下降和上升趋势,且可溶性蛋白含量受Cd2+的影响更大。外 源La和Ca均能缓解Cd2+对槐叶苹叶片叶绿素含量、可溶性蛋白含量的降低和MDA的积累,对保护酶系统 的影响存在较大差异。