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.     

铅在茶树体内的分布及化学形态特征

采用水培试验,结合亚细胞组分分离和化学形态提取技术,研究了茶树品种龙井43和迎霜不同器官的Pb含量,及其在根系亚细胞中的分布和化学结合形态.结果表明： 在Pb胁迫下,两个品种茶树根系的形态特征不同;龙井43新叶中Pb含量随营养液Pb浓度的提高显著增加,而迎霜的变化不显著.两个品种茶树根系亚细胞中Pb的含量分布及结合形态均存在差异,低浓度Pb处理下, 龙井43根亚细胞组分（除可溶物质外）中Pb含量均低于迎霜;而高浓度Pb处理下,龙井43根亚细胞组分（除细胞壁外）中Pb含量均高于迎霜;龙井43根中醋酸(HAc)提取态的Pb含量比例最高,其他化学形态的高低顺序为NaCl提取态>HCl提取态/H₂O提取态>乙醇提取态;而迎霜根中NaCl提取态Pb成分比例最高,其他化学形态的高低顺序为HAc提取态>HCl提取态/H₂O提取态>乙醇提取态.迎霜对Pb毒害的耐受能力强于龙井43.     

镉在水生植物中的富集与亚细胞分布及其化学形态特征

以7种水生植物(长苞香蒲、水生美人蕉、黑藻、粉绿狐尾藻、花叶芦竹、香根鸢尾、水葫芦)为研究材料,构建生物塘系统,通过差速离心法和五步提取法,提取植物各亚细胞组分和不同化学形态的镉,并用原子吸收分光光度法测定镉含量,分析镉在水生植物体中富集特征,揭示植物对镉的耐性机制。结果表明:(1)水生植物根中镉富集量大于茎和叶;3种类型水生植物富集镉能力表现为沉水植物(粉绿狐尾藻、黑藻)浮水植物(水葫芦)挺水植物(长苞香蒲、水生美人蕉、花叶芦竹、香根鸢尾)。(2)镉在黑藻、水葫芦和花叶芦竹中的亚细胞分布量均呈现为细胞壁可溶组分原生质体线粒体,所占比例分别为37.16%~50.86%、20.69%~31.21%、10.81%~23.83%、8.15%~19.83%。(3)赋存化学形态表现为以氯化钠提取态、醋酸提取态为主,所占比例分别为29.37%~56.27%和15.06%~36.19%。研究发现,粉绿狐尾藻、水葫芦、水生美人蕉和花叶芦竹4种植物为富集镉较好的植物,而黑藻、香根鸢尾和长苞香蒲3种植物的镉富集能力相对较弱;镉主要以果胶酸盐、蛋白质结合态或吸附态存在于植物根的细胞壁和液泡中,以减弱镉对根细胞器和植物地上部分的毒害。     

铅污染下芦苇体内铅的分布和铅胁迫相关蛋白

用Pb(NO3 ) 2 10mmol/L处理芦苇幼苗 7d后 ,检测铅在其不同器官、细胞不同区隔和不同化学状态之间的分布以及铅胁迫相关蛋白。结果显示 ,受铅污染后芦苇幼苗根、地下茎、茎和叶片的铅含量增加 ,它们的大小顺序为根 >地下茎 >茎 >叶片。细胞不同部分铅含量的大小顺序为细胞间隙 >细胞壁 >液泡 >细胞质。在根部和叶片中 ,均以活性较低的醋酸可提取态铅和盐酸可提取态铅占优势。在铅胁迫下 ,从芦苇根和叶片中检测出一些铅结合蛋白。另外 ,铅除诱导芦苇合成一种新的不结合铅的蛋白质外 ,还导致一种分子量大约为 72 0 0 0的蛋白质消失。芦苇抗铅胁迫有以下几种机制 :根部比地上部分积累较多的铅 ;铅在体内形成难溶性化合物 ;铅沉淀在质外体内 ;形成铅结合蛋白质和诱导蛋白     

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.     

铯对印度芥菜幼苗生长的影响及其亚细胞分布和化学形态

以印度芥菜为材料,用含铯(Cs+)[8.24(CK),25,50,100,200mg·L~(-1)]的Hoagland营养液培养印度芥菜种子和幼苗,采用IMAGE-J软件测定根、茎长度,通过差速离心法、化学试剂提取法分别提取幼苗根、茎、叶各亚细胞组分及不同化学形态的Cs+,并用火焰原子分光光度计测定Cs+含量,分析Cs+对幼苗生长的影响及其亚细胞分布和化学形态,进而探讨Cs+对植物的伤害机理。结果显示:(1)Cs+对印度芥菜幼苗生长具有明显的抑制作用,根、茎的EC50(相对抑制率达到50%的Cs+浓度)分别为112.09和118.42mg·L~(-1);(2)各器官中Cs+的积累量总体表现为叶根茎;Cs+在印度芥菜中的亚细胞分布呈现为可溶性组分细胞壁组分细胞器组分,三者所占比例分别为52.86%~79.19%、20.81%~45.05%和1.43%~9.00%;(3)Cs+在印度芥菜各器官中主要以无机盐和水溶态赋存,两种形态根、茎、叶占比分别达到88.02%~92.20%、97.33%~100%和95.06%~100%。研究表明:印度芥菜积累过量的Cs+可抑制其根、茎生长,导致叶片枯萎,主要是因为Cs+在印度芥菜体内大部分以无机盐态和水溶态形式存在,使Cs+在植物体内具有较强迁移能力和毒理生物有效性,更易分布到重金属的毒性敏感区(如细胞器),导致细胞器受到功能性损伤,从而使植物表现出明显中毒症状。     

外来入侵植物紫茎泽兰不同组织RNA提取方法

从植物组织中提取高质量的RNA是进行cDNA文库构建等分子生物学研究的前提。在苯酚法的基础上,改进并得到了一种适合紫茎泽兰根、茎、叶总RNA快速提取的方法,消除了蛋白质、DNA、多糖等的污染。该方法提取的紫茎泽兰不同组织总RNA纯度高、完整性好,可用于RT-PCR、cDNA文库构建、Northern杂交等分子生物学实验,而且简单、经济、重复性好,适合于多种植物组织总RNA的提取。Northern杂交表明F3’H基因在紫茎泽兰的根、茎、叶等组织中广泛存在,但在叶中的表达量最高,在根中的表达量最低。     

不同入侵程度紫茎泽兰碳氮磷生态化学计量特征研究

紫茎泽兰(Ageratina adenophora)是一种生态危害性较大的入侵植物。为探讨不同入侵程度下紫茎泽兰的化学计量特征,进一步揭示其营养策略与入侵机制,该研究以紫茎泽兰及其本土伴生种条叶猪屎豆(Crotalaria linifolia)为对象,测定研究了轻度入侵、中度入侵和重度入侵下紫茎泽兰根、茎、叶中碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征与其入侵地土壤养分状况,并进一步比较了紫茎泽兰和条叶猪屎豆的C、N、P化学计量特征。结果表明:(1)3种入侵程度下,紫茎泽兰叶N、P含量均显著大于根和茎N、P含量,将更多的N和P分配至叶,增加资源获取,以利快速生长。(2)3种入侵程度下,紫茎泽兰茎N:P<根N:P<叶N:P,且茎N:P在中度入侵下显著大于轻度入侵,在入侵过程中其茎呈现出较高的生长速率,可促进其获取更多环境资源,增强生长竞争优势。(3)与本土种条叶猪屎豆相比,紫茎泽兰具有更高的根P、茎P含量,根和茎C:P、N:P均显著小于条叶猪屎豆,各器官C:N均显著大于条叶猪屎豆,显示出较高的养分利用效率及较低的资源需求量。(4)紫茎泽兰茎C和叶C、茎N和叶N均呈显著正相关,茎C:P与根C:P存在极显著负相关,说明对能量和资源的分配在生长和贮存之间存在权衡。研究认为,紫茎泽兰在入侵过程中采取增加地上部分的资源分配与利用以利于快速生长,同时具有较高的资源获取能力及较低的资源需求量,进而提高竞争能力,成为一种重要的入侵策略,促进其成功入侵。     

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.     

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.     

大气湿沉降油菜体内铅的形态累积及氧化胁迫效应

大气沉降是叶菜类农作物可食部位重金属铅（Pb）累积的主要来源，但大气湿沉降下铅在油菜（Brassica chinensis L.）体内的形态累积特征及氧化胁迫效应，尚不十分清晰。通过模拟大气湿沉降铅胁迫，研究油菜体内重金属Pb的累积、亚细胞分布、化学形态特征及油菜抗氧化响应。结果表明，油菜可食部位Pb含量为1.72-6.35 mg/kg，超出标准（GB 2762-2017）4.73-20.16倍。Pb大量分布在油菜茎和叶的细胞壁中（52.14%-86.99%），以草酸盐沉淀的形式存在（20.07%-59.27%），这可能会导致Pb在可食部位的大量累积（>95%）。细胞壁的固持作用和Pb主要以草酸盐和不溶性磷酸盐存在，可能是油菜重要的解毒耐性机制之一。湿沉降铅胁迫可以增加叶和茎的丙二醛（MDA）含量，造成细胞的氧化损伤，抑制叶绿素的合成。油菜可以通过提高抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性（7.73%-346.91%），增加抗氧化剂（AsA和GSH）和可溶性物质（可溶性糖、可溶性蛋白）含量（9.11%-279.59%），来有效应对湿沉降Pb胁迫。抗氧化酶在叶中变化最大，过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性分别上升49.41%-91.62%和123.42%-346.91%。抗氧化剂则在根中变化最显著，抗坏血酸（AsA）和谷胱甘肽（GSH）含量分别上升了134.15%-182.93%和238.78%-279.59%。可溶性糖、可溶性蛋白、POD、CAT和GSH可能是油菜叶能缓解湿沉降Pb氧化胁迫的主要因素之一（P<0.05）。研究结果可加深对大气沉降下Pb在叶菜体内累积分布行为的理解，并为大气重金属胁迫地区农作物重金属风险评估提供一定的理论依据。     

锌在3种乔木中的积累及其亚细胞分布和化学形态

为了探索园林木本植物对重金属锌(Zn)的积累和耐性机制,本研究以栾树(Koelreuteria paniculata)、臭椿(Ailanthus altissima)和银杏(Ginkgo biloba)3种北京常见乔木为试验树种,通过盆栽污染模拟试验,研究不同浓度Zn处理(0、250、500、1000、2000 mg·kg^-1)对3种乔木的叶、枝、根生物量及叶片超微结构的影响,分析各器官中Zn积累含量及Zn在叶、根中的亚细胞分布和化学形态。结果表明: 各浓度Zn处理下3种乔木均能存活,但叶、枝、根的生物量较对照均有所下降。过量的Zn会导致栾树、臭椿的叶片细胞变形、细胞壁破裂、细胞器解体,而银杏叶片细胞尚能保持正常形态,说明银杏对Zn的耐受能力强于栾树和臭椿。随着Zn处理浓度的增加,3种乔木各器官的Zn含量呈上升趋势,栾树和臭椿体内的Zn含量显著高于银杏,说明栾树和臭椿对Zn的积累能力强于银杏。3种乔木叶和根中的Zn主要分布在细胞壁,分别占26.9%～71.8%和28.1%～82.6%,最高浓度Zn处理(2000 mg·kg^-1)下,Zn在可溶性组分(液泡为主)的占比可超过细胞壁。3种乔木叶片中的Zn主要以NaCl、HAc、HCl提取态存在,占57.4%～82.7%,根系中的Zn主要以NaCl、HAc提取态存在,占42.8%～67.2%,均是活性较低的形态。这说明细胞壁固持、液泡区隔化和将Zn以低活性的形态赋存可能是3种乔木积累和耐受Zn的重要机制。     

紫茎泽兰对四环素的吸收特性

[目的] 探究四环素在水和紫茎泽兰间的传递以及在紫茎泽兰体内的累积特征。[方法] 利用高效液相色谱检测紫茎泽兰幼苗在水培过程中对四环素的吸收及其在根茎叶中的积累。[结果] 在10~20 mg·L^-1四环素的处理浓度范围内,紫茎泽兰根、茎、叶均能吸收并积累四环素,且吸收累积量均随处理浓度和处理时间的增加而升高。当紫茎泽兰在20 mg·L^-1四环素的水培液处理20 d时,茎中的四环素累积量最高,为（59.34±3.86）mg·kg^-1;根中的次之,为（52.52±5.89）mg·kg^-1;而叶中的最低,为（23.19±4.17）mg·kg^-1。此外,紫茎泽兰茎的四环素富集系数最大,根的次之,叶的最小。[结论] 紫茎泽兰能够较好地从水培液中吸收并累积四环素,具有吸收净化四环素污染水源的潜力。     

Subcellular distribution and chemical forms of cadmium in Morus alba L.

Morus alba L. (mulberry) is a perennial woody tree and a species with great potential for Cd phyremediation owing to its large biomass and extensive root system. The mechanisms involved in Cd detoxification were investigated by analyzing the subcellular distribution and chemical forms of Cd in mulberry in the present study. These results indicated that 53.27–70.17% of Cd mulberry accumulated was stored in the root and only about 10% were in the leaves. Lots of the Cd was located in the cell wall of the mulberry root and in soluble fraction of the mulberry leaf. Moreover, in roots, the largest amount of Cd was in the form of undissolved Cd-phosphate. While in mulberry leaves and stems, most of the Cd was extracted by 2% Acetic acid and 0.6 M HCl, representing Cd-phosphate and Cd-oxalate. It could be concluded that the Cd combination with peptides and organo-ligands in vacuole of leaf or complexed with proteins or cellulose in the cell wall of root might be contributed to the tolerance of mulberry to Cd stress. The mulberry could be used to remediate the Cd polluted farmland soils.     

Exogenous spermidine elevating cadmium tolerance in Salix matsudana involves cadmium detoxification and antioxidant defense

In this study, exogenous spermidine role on Salix matsudana tolerance to cadmium was evaluated. Spermidine and cadmium presented antagonistic effects on the biomass, copper and zinc concentrations in S. matsudana. cadmium mainly distributed in the cell wall of subcellular fraction; 46.97%–60.43% of cadmium existed in a sodium chloride-extracted form. Cadmium contents in roots, leaves, and twigs ranged from 2002.67 to 3961.00, 111.59 to 229.72, and 102.56 to 221.27?mg/kg, respectively. Spermidine application elevated cadmium concentrations in the roots, cuttings, and cell wall and the ratio of deionized water-extracted cadmium, but decreased cadmium levels in the twigs and leaves and the fractions of cadmium extracted by ethanol and sodium chloride, respectively. Putrescine and malondialdehyde were important indicators of cadmium-induced oxidative damage. Exogenous spermidine alleviated the accumulation of superoxide anion, hydrogen peroxide, malondialdehyde via promoting the levels of spermidine, soluble protein, superoxide dismutase, reductive ascorbate, glutathione reductase, and glutathione peroxidase in S. matsudana leaves under the corresponding cadmium stress. The results indicated that S. matsudana was a candidate for cadmium rhizoremediation and extraction in leaves; the spermidine application enhanced the cadmium tolerance of S. matsudana through promoting cadmium accumulation in roots, cell wall, and less bioactive chemical forms and the antioxidative ability.     

Effects of extended growth periods on subcellular distribution,chemical forms,and the translocation of cadmium in Impatiens walleriana

Impatiens walleriana plants accumulate sufficiently high concentrations of cadmium (Cd) for this species to be considered a potential Cd hyperaccumulator. Rooted cuttings were grown hydroponically for 25 and 50 days in solutions spiked with various Cd concentrations. The subcellular distribution and chemical forms of Cd in different organs were analyzed, and its upward translocation was also assessed. The plants accumulated large amounts of Cd; the Cd concentration in the roots and shoots reached 120–1900 and 60–1600 mg/kg, respectively. Regardless of the growth period, the Cd accumulated in the roots was primarily compartmentalized in the soluble fraction or ethanol and deionized water extractable chemical forms with high migration abilities. Translocation to the shoots was followed by an association of Cd mainly in the cell wall or with pectate and protein. The roots’ Cd showed a high migration capacity for predicting the shoots’ Cd concentrations. Different exposure periods significantly affected the subcellular distribution of Cd in the stems, and thus the upward translocation.     

Characteristics of distribution and chemical forms of Pb in tea plant varieties

A hydroponics experiment combined with subcellular fractionation and sequential extraction was conducted to study the Pb concentration in different organs of two tea plant varieties (Longjing 43 and Yingshuang) and the Pb subcellular distribution and chemical forms in the roots of the varieties. Under Pb stress, the root system of the two varieties had different features in morphology. With the increasing concentration of Pb in culture solution, the Pb concentration in Longjing 43 young leaves increased, but that in Yingshuang' s had no significant variation. A marked difference was observed in the Pb subcellular distribution and its chemical forms in roots between the two varieties under Pb stress. In Longjing 43 roots, all subcellular fractions except soluble ones had a lower Pb concentration at low Pb stress, and all the subcellular fractions except cell wall ones had a higher Pb concentration at higher Pb stress, compared with those in Yingshuang's. In Longjing 43 roots, the HAc-extractable Pb occupied the greatest proportion, followed by NaCl-extractable Pb, HCl- and H2O- extractable Pb, and ethanol-extractable Pb; while in Yingshuang's, NaCl-extractable Pb had the greatest proportion, followed by HAc-extractable Pb, HCl- and H2O-extractable Pb, and ethanol-extractable Pb. Based on these findings, tea plant variety Yingshuang was likely to possess a higher tolerance to Pb than Longjing 43 did.