植物响应镉胁迫的生理生化机制研究进展

镉(Cd)是一种分布广泛且污染严重的重金属; 其毒性大, 不仅影响植物的生长发育, 而且危害人类健康。该文对植物Cd胁迫的生理生化响应方面的最新研究进展进行了总结概括。从植物光合系统、活性氧、活性氮、抗氧化防御系统、激素、钙信号、蛋白和基因等方面, 概述了植物对Cd胁迫的响应及应答机制, 探讨了植物对Cd胁迫响应机制的研究方向, 旨在为今后开展植物响应Cd胁迫的生理生化及分子机制研究提供理论依据。     

植物吸收、转运和积累镉的机理研究进展

重金属镉(Cd)虽然不是植物生长的必需矿质元素,但依然能被植物吸收。且部分植物具有富集镉的特点,从而导致农产品镉含量超标,并通过食物链危害人类健康。研究植物吸收、转运和积累Cd的机理,对于培育低镉作物品种、降低农产品镉含量,以及选育超富集镉植物,修复镉污染土壤具有重要意义。从影响植物吸收Cd的因子,植物吸收、转运和积累Cd的机理以及植物拒Cd和富集Cd的分子机制等方面进行综述,以期为低镉作物的研究以及Cd污染土壤的综合治理提供一些参考。     

汞、镉复合污染对金鱼藻的影响及其抗性机制的探讨

研究了金鱼藻在不同浓度 Hg2 +、Cd2 +以及 Hg2 +、Cd2 +共同胁迫下叶绿素含量、叶绿素 a/b值、可溶性蛋白含量、SOD活性和游离脯氨酸含量等的变化。结果表明 :低浓度 Cd2 + (≤ 2 mg.L- 1)对上述指标有激应性反应 ,低浓度 Hg2 + (≤ 0 .5mg.L- 1)对叶绿素含量、叶绿素 a/b值、可溶性蛋白含量、SOD活性也有激应性反应 ;可以认为这是植物的一种保护性机制。但随着 H2 +、Cd2 +处理浓度增大 ,上述生理指标呈下降趋势 ,表明植物细胞遭受伤害。Hg2 + 、Cd2 + 共同胁迫下上述生理指标下降幅度明显增大 ,表现为协同作用。     

镉和砷在植物中的积累及其分子调控机制研究进展

植物源食物是人类摄入有毒金属元素镉(Cd)和砷(As)的主要途径。深化植物对Cd和As积累途径分子机制的认识,有助于培育可食部分中低有毒金属元素含量的作物新种质。该文基于近年来有关植物Cd和As积累在主要模式植物中所取得的实质性研究进展,对植物介导Cd和As吸收的转运蛋白、As形态和生物转化机制以及控制Cd和As根-地上部转运效率和分配的关键因子等方面的研究进展进行综述,并对未来的研究前景进行了展望。     

乐安河—鄱阳湖湿地植物群落特征及其优势植物对重金属Cu、Pb、Cd的富集

选择乐安河—鄱阳湖湿地典型植物群落,采用重要值方法评价各样点植物群落特征并筛选出典型优势植物,通过室内理化测试分析不同生境中优势植物植株及其根区土壤中重金属Cu、Pb、Cd的含量;采用生物富集系数(BCF)方法评价不同优势植物对重金属Cu、Pb、Cd的富集特性。结果表明:研究区湿地植物以草本为主,在各样点共发现124种物种,包括蕨类植物2科2属2种,种子植物40科97属122种,并从中筛选出羊蹄、红蓼、鼠曲草、紫云英、苎麻等5种富集能力较强的优势植物;植物根区土壤中的Cu、Cd含量均超过土壤环境质量三级标准,而且Cu、Cd的最高含量分别为824.03、5.03 mg·kg-1;不同优势植物对Cu、Pb、Cd等3种重金属元素中的1种或2种表现出较强的富集能力,其中优势物种红蓼对Cu具有较强的富集能力,含Cu量最高为148.80 mg·kg-1,另一种优势物种鼠曲草对三种元素的生物富集系数均较高,且对Cd的最高富集含量为15.17 mg·kg-1,对Cd的生物富集系数最高值为19.14,高于其他植物10倍以上,鼠曲草对重金属Cd具有富集植物的基本特征,且对Cu和Cd具有共富集特征并具有较高的耐性,紫云英、羊蹄等对Cd的富集能力也较强。上述5种优势植物种群对鄱阳湖湿地Cu、Pb、Cd等重金属污染物的生态修复具有一定参考价值,可作为鄱阳湖湿地重金属污染修复植物的选择对象。     

Cd、Pb复合处理下2种离子在植物体内的分布及其对植物生理指标的影响

以黄反、小麦为试验材料,以Cd、Pb复合浓度进行处理,研究了在不同处理水平下Cd、Pb在2种植物体内的分布,以及2种植物的叶绿素、脯氨酸含量、乙烯释放量的变化。结果表明,Cd、Pb主要累积于植物根部,不同复合浓度处理后,植物叶片中叶绿素含量下降,脯氨酸含量增高,乙烯释放量增加,并存在峰点。不同的植物及不同的浓度组合有着不同的影响,环境中Cd、Pb对植物的影响存在着相互作用。     

双酚A与镉对植物光合作用的复合微生态效应

近年来,国内外学者研究了双酚A (BPA)及重金属镉(Cd)单一因子对植物光合作用的影响.但在自然背景下,污染多呈复合型,因此研究BPA和Cd对二者叠加的空间内植物光合作用的复合影响意义重大.本文综述了BPA对植物光合作用的影响及机制,及Cd对植物光合作用的影响及其机制,其中单一BPA和Cd对植物光合作用的影响均表现为:低浓度促进光合作用,高浓度反之.根据相关研究推测了植物在受到复合胁迫时的生态响应,相应的生理生化反应,及光合过程的响应机制.最后提出了BPA与Cd对植物复合胁迫可能开展的相关研究方向.     

Fe对不同品种水稻吸收Cd的影响

1引言在农作物重金属污染中,Cd是一个毒性较强的元素,不仅对植物产生毒害引起产量下降[1,4],而且还会残留在植物可食部分,通过食物链进入人体,危害人体健康[2]。减少Cd进入食物链的可能途径之一是调节土壤中Cd的生物有效性;二是利用或培育吸Cd童少或Cd优先吸附保留在报中的植物品种水稻对土壤中Cd吸收量较大,通过第一种途径改良比较困难,因此利用植物自身的调控机制减少对Cd的吸收及其转移尤为重要Cd很容易被吸收并分配到植物的各个部位,为了减少它在食物链中的官集,有必要了解植物对它的吸收机制和在体内的分配过程本文研究…     

Cd对不同种类植物生长和养分积累的影响

溶液培养法研究了不同活度Cd2 对4种植物卷心菜、黑麦草、玉米和白三叶草生长和养分积累的影响．结果表明,随Cd2 活度增加,4种植物的生长速率和干物质产量均下降．白三叶草对Cd2 最敏感;黑麦草和玉米耐性较强;卷心菜在高ACd2 时敏感．Cd2 对Fe、Mn、Cu、Zn、Ca、Mg、P、S等养分积累的影响因植物种类而异．Cd2 降低Fe、Mn、Cu、Zn、Ca、Mg等的积累．P在4种植物中和S在除卷心菜外的3种植物中的积累比对照增加．卷心菜和白三叶草对Cd毒敏感性差异与Fe、Mn、Ca、Mg的积累受Cd2 影响程度不同密切相关．     

铜、镉胁迫下外源NO介导的番茄解毒途径

一氧化氮(NO)作为信号分子,在抵御重金属胁迫中起重要作用,但对不同离子胁迫下的解毒机制尚缺乏研究.本研究采用营养液培养法,研究了铜(Cu)、镉(Cd)单一或复合胁迫下,番茄幼苗对Cu、Cd的吸收转运特性及对外源NO的响应机制.结果表明: 50 μmol·L^-1的Cu²⁺、Cd²⁺均显著抑制番茄植株的生长,其中Cd胁迫对生长的抑制效应远高于Cu胁迫.Cu、Cd单一或复合胁迫均使番茄根系Cu、Cd含量显著升高,但根系对Cu、Cd吸收存在严格选择性.根细胞对必需元素Cu表现出“奢侈吸收”的现象,而对毒性较强的Cd则吸收相对较少,胞内Cd浓度仅为Cu的1/10左右.外源NO处理可不同程度地缓解Cu、Cd胁迫,其中缓解Cd胁迫的效能更强.番茄对被动进入细胞的Cu、Cd具有相似的解毒机制:一方面,Cu、Cd胁迫诱导细胞质中产生谷胱甘肽(GSH)、植物螯合肽(PCs)和金属硫蛋白(MTs),络合过多的Cu、Cd离子,降低其生物毒性;另一方面,过多的Cu、Cd离子或螯合物被转运至液泡区隔化.外源NO通过调控GSH-GSSG(氧化型谷胱甘肽)氧化还原状态及GSH-PCs代谢方向的改变,促进Cu、Cd离子转运至液泡区隔化来缓解胁迫抑制;NO还可诱导植株叶片或根系表达更多的金属硫蛋白、GSH和PCs,而且上述响应普遍存在叠加效应.这可能是NO介导番茄对Cu、Cd胁迫的另一主要解毒途径.     

铜、镉对三种豆科植物生长及氮磷钾含量的影响

为了解豆科植物在Cu、Cd单一污染土壤中的生长状况及对土壤养分的吸收利用特点,采用盆栽实验研究了Cu~(2+)、Cd~(2+)单一污染下紫花苜蓿、红三叶、沙打旺3种豆科植物的株高、根长、生物量和叶、茎部N、P、K、Cu和Cd含量的变化情况.Cu~(2+)、Cd~(2+)处理浓度分别为:0、400、800、1200 mg·kg~(-1)和0、1、10、20 mg·kg~(-1).结果表明,3种豆科植物对Cu和Cd均有较强的吸收能力,除红三叶叶片中Cu含量外,3种豆科植物根、茎、叶中Cd和Cu的含量均与土壤中重金属添加量呈显著正相关.3种豆科植物在严重Cd~(2+)污染的土壤中均能正常生长.在Cu~(2+)添加量≤1200 mg·kg~(-1)时,红三叶能正常生长,而紫花苜蓿的生长则受到显著抑制作用,沙打旺在Cu~(2+)添加量≥800 mg·kg~(-1)时生长受到抑制.土壤Cu~(2+)添加量≤1200 mg·kg~(-1)时,能促进紫花苜蓿对N、P、K的吸收;Cu~(2+)添加量≤800 mg·kg~(-1)时,对红三叶N、P、K含量没有明显影响;Cu~(2+)添加量≤400 mg·kg~(-1)时,可提高沙打旺中N、P、K含量,但当Cu~(2+)添加量≥800 mg·kg~(-1)时则显著降低.土壤Cd~(2+)添加量≤20 mg·kg~(-1)时,对紫花苜蓿和红三叶茎叶以及沙打旺茎部的N、P、K含量有促进作用,但对沙打旺叶片的N、P、K含量起抑制作用.总体来看,3种豆科植物对Cu~(2+)和Cd~(2+)均有一定的耐性,红三叶对Cu~(2+)的耐性较好,紫花苜蓿对Cd~(2+)的耐性较好.

Abstract：

Aimed to understand the growth status and nutrient uptake of leguminous plants under soil copper-or cadmium contamination, a pot experiment with Medicago sativa, Trifolium pre-tense, and Astragalus adsurgens was conducted, with their plant height, root length, plant bio-mass, and N, P, K, Cu and Cd contents in leaf and stem measured. The application amounts of Cu~(2+) and Cd~(2+) were 0,400, 800, and 1200 mg·kg~(-1), and 0, 1, 10, and 20 mg·kg~(-1), re-spectively. All the test three leguminous plants had strong capability of absorbing Cu and Cd.The Cu and Cd contents in their roots, stems, and leaves, except the Cu content in T. Pratease leaf, were significantly positively correlated with the application amounts of Cu~(2+) and Cd~(2+). Un-der the application of Cd~(2+), all the three leguminous plants grew normally. When the application amount of Cu~(2+) was≤1200 mg·kgM-1, T. Pratense grew normally, while the growth of M. Sativa was significantly inhibited. The growth of A. Adsurgens was inhibited when the application amount of Cu~(2+) was≥800 mg·kg~(-1). An apphcation amount of≤1200 mg·kg~(-1) of Cu~(2+) pro-moted the N, P and K absorption of M. Sativa, but applying≤800 mg·kg~(-1) of Cu~(2+) had little effects on the N, P and K absorption of T. Pretense. The N, P and K contents of A. Adsurgens in-creased when the application amount of Cu~(2+) was ≤400 mg·kg~(-1), but decreased significantly when the Cu~(2+) application amount was≥800 mg·kg~(-1). When the application amount of Cd~(2+)was≤20 mg·kg~(-1) , the N, P and K contents in M. Sativa and T. Pratense stems and leaves and in A. Adsurgens stem increased, while those in A. Adsurgens leaf decreased. As a whole, the three leguminous plants all had certain tolerance to Cu~(2+) and Cd~(2+) stresses, especially T. Prat-ease to Cu~(2+) and M. Sativa to Cd~(2+).     

水生维管束植物受镉污染后的生理变化及受害机制初探

镉污染后的水生维管束植物其叶绿素a/b值随水体镉浓度的增加而下降,叶绿素含量与镉浓度呈极显著的负相关。叶细胞膜透性与镉浓度呈极显著的正相关。不同抗性种叶片可溶性糖含量均随镉浓度增加而升高,但抗性种的增加率要小得多。镉对根系脱氢酶的活性产生抑制,且随镉浓度升高,活性相应下降。对过氧化物酶同工酶谱也产生明显的影响。这些在环境监测中可作为生理指标。凝胶层析表明,具有抗性的凤眼莲的可溶性成分中,存在着高分子镉复合物(>70,000)、分子量为13,300的镉复合物和低分子量镉螯合物及游离态镉。不抗种的紫背萍缺乏第二种镉复合物。     

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。     

粘盖牛肝菌不同菌株对Zn2+、Cd2+的吸附及其对油松Zn2+、Cd2+的耐受性

为了探讨同一菌根真菌不同菌株对重金属的耐受性,选用采集于内蒙古阴山山脉不同地区的粘盖牛肝菌(Suillus bovinus)的不同菌株进行研究。首先,在不同浓度Zn^2 、Cd^2 液体培养基中培养菌丝体,以了解各菌株菌丝体对重金属的耐受性及吸附能力,采用烘干法和原予吸收法分别测定菌丝体的生物量和菌丝体、培养液中Zn^2 、Cd^2 含量,结果表明：劈柴沟粘盖牛肝菌在Zn^2 、Cd^2 胁迫条件下,生物量、吸附能力约为其余各菌株的1．5～2倍。其次,为了探明油松(Pinus tabulaeformis)形成菌根后对Zn^2 、Cd^2 胁迫的耐受性及其耐受机理,采用一次性定量浇灌不同浓度Zn^2 、Cd^2 溶液的方法,测定了菌根化油松苗地上、地下生物量及Zn^2 、Cd^2 含量的分配,结果表明：菌根形成后能显著促进油松的生长及对Zn^2 、Cd^2 胁迫的耐受性,并且菌根能够帮助油松吸收基质中大量的Zn^2 、Cd^2 ,根中重金属的含量是茎叶中的2～3倍以上,非菌根苗在重金属浓度稍高(Zn^2 400mg／kg;Cd^2 40mg／kg)时就会死亡。经方差分析及多重比较证实,劈柴沟粘盖牛肝菌对Zn^2 、Cd^2 的耐受性及对油松的促生效果与其它各菌株存在显著的差异,这可能是它通过把吸收的Zn^2 、Cd^2 最大限度地输送到根中的同时,也输送到了茎叶中,使重金属在体内得到一定程度的稀释,使自身免受毒害。     

微紫青霉菌Penicillium janthinellum菌株GXCR吸附废水中Cd2+的研究

研究了5种不同预处理方式对丝状真菌微紫青霉菌Penicillium janthinellum菌株 GXCR的Cd2+吸附的影响。结果表明,高温（80℃）、去离子水中的匀浆化、匀浆+碱化（NaOH,0.5mol/L）（简称匀浆碱化）和匀浆+30%二甲基亚砜处理均能提高菌体的吸附率,其中匀浆碱化处理后菌体的吸附效果最佳,吸附增量达到117.96%;匀浆+酸化（H2SO4, 0.5mol/L）处理则导致菌体的Cd2+吸附能力显著下降。匀浆碱化菌体吸附符合典型的Langmuir方程,表明该菌对Cd2+的吸附可能是以表面吸附为主的吸附行为。在吸附-解吸附循环4次后匀浆碱化菌体的Cd2+的吸附效率为58.01%。红外光谱分析显示匀浆碱化处理主要影响菌体表面分子的–OH和C=O基团,其中与Cd2+结合的主要基团是–OH。结果也表明,匀浆碱化菌体具有处理电镀废水的潜能。     

镉引起小麦苗逆境乙烯的产生及其和镉的吸收分布的关系

溶液培养小麦幼苗转移至含Cd~(2 )的营养液中,根系乙烯产生较快地增加,约在12h达高峰,然后下降;ACC含量亦呈先升后降的趋势。未和Cd~(2 )溶液直接接触的地上部乙烯亦增加,至36h达高峰,此后急剧下降,而ACG和 MAGC含量持续上升。地上部乙烯的增加,主要是由通过根系运往地上部的镉直接作用的结果,不是根部合成ACG运往地上部后再产生的。电镜观察表明,地上部乙烯产生和ACC含量变化的时间进程,可以与镉进入叶细胞内的部位及其对细胞膜和细胞器的影响相联系。     

镉离子—氨基酸配合物在解释植物体对镉离子解毒机理上的研究

本文研究了重金属离子Cd~(2+)与几种氨基酸配合物合的合成方法,用红外光谱,X射线衍射,元素分析,紫外光谱等检测方法,对配合物的结构进行了分析,并结合生物学的理论,就植物对Cd~(2+)的解毒机理作了探讨。     

水稻糙米重金属Cd含量的QTL分析

镉(Cd²⁺)是一种分布较广泛、毒性较强的一种重金属, 文章利用韭菜青×IR26杂交衍生的一个重组自交系群体(Recombinant inbred lines, RIL)及构建的SSR分子遗传图谱, 对控制糙米中Cd²⁺含量的QTL进行分析, 为选育籽粒中Cd²⁺低吸收或低积累的水稻品种提供参考。结果表明, 在Cd²⁺胁迫(5 mg/kg)处理条件下, 共检测到2个与糙米Cd²⁺含量有关的QTLs, 分别位于水稻第11染色体上的标记RM6288-RM6544和RM167-RM5704之间, 其中qCCBR-11a对表型贡献率为11.17%, 加性效应0.089; qCCBR-11b对表型变异贡献率为7.66%, 加性效应0.075。相关分析显示, 糙米Cd²⁺含量与株高、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率和千粒重等产量性状的相关性均不显著, 糙米中Cd²⁺含量是一个相对独立、由基因控制的遗传性状。     

Ni2+高效结合肽的筛选与作用研究

利用噬菌体随机十二肽库和金属亲和层析对重金属Ni2 进行结合肽筛选。经4轮生物淘洗、噬菌体扩增和DNA测序,获得一组多肽序列。GenBank Blast分析未发现同源序列,Clustal W多重序列比对也未找到Ni2 金属结合肽结合基序,但可能含有多聚组氨酸(His)2-5。噬菌体单克隆金属离子螯合树脂的亲和力测定和反筛、抑菌解毒试验表明:展示有金属结合肽的噬菌体不仅对Ni2 具有高亲和力,而且对其它金属离子也有作用,Cu2 、Ni2 、Co2 、Zn2 等金属离子对金属结合肽的亲和力显著高于Cd2 和Cr2 ,展示金属结合肽的噬菌体对重金属Ni2 具有一定的耐受和解毒作用。显微形态学观察也显示金属结合肽与金属螯合树脂的作用。对于了解重金属与多肽的相互作用机理以及环境重金属修复等均具有重要意义和价值。     

地衣对重金属的累积效应用于大气监测的初步研究

以采自不同污染区的3个种共18个地衣样本作为试验材料,利用原子吸收分光光度计,测定样品中铅、镉的含量,评估环境质量。结果表明:铅是其中两个样点中的重要沉积物,在各地衣样品中有不同程度的积累,离子积累的浓度与污染源的相对位置具有直接的关系。根据累积浓度不同,可以推测当地的空气质量。