植物螯合肽及其在抗重金属胁迫中的作用

植物螯合肽(PCs)广泛存在于植物体中,与植物抗重金属胁迫关系密切。植物螯合肽及其复合物是一类富含半胱氨酸的低分子量化合物。现有研究证明,PCS由谷胱甘肽(GSH)为底物的酶促反应合成,其合成受相关基因的调控,从模式植物拟南芥的突变体中已分离到与PCS合成有关的几个基因。植物螯合肽首先与重金属离子结合形成低分子量(LMW)复合物,以此形态经由细胞质进入液泡后,再与一个分子的植物螯合肽结合,形成对植物组织毒性较小的高分子量(HMW)复合物,从而达到缓解重金属对植物的危害作用。就植物螯合肽及其复合物的结构、生物合成、基因调控及重金属解毒机理等进行了综述,并对今后的研究方向提出了一些看法。     

湖南柿竹园矿区土壤重金属含量及植物吸收特征

矿区重金属污染十分严重,寻找和发现适合当地气候与土壤条件的重金属耐性植物是矿区植被恢复和污染土壤修复的前提。对我国湖南柿竹园有色金属矿区调查发现,该地区选矿厂的重金属污染问题普遍比尾砂库严重。选矿厂土壤砷、镉、铅、锌严重超标,尾砂库周围也受到不同程度的重金属污染。土壤重金属胁迫效应影响着植物物种分布,选矿厂物种分布较少,相比之下尾砂库的植物多样性较为丰富。柿竹园矿区植物对重金属的吸收表现为富集型(如蜈蚣草Pteris Vittata L .和苎麻Boehmerianivea (L .) Gaud.)、根部囤积型(如攀倒甑Patrinia villosa和木贼Equisetum hyemale)和规避型(如蔓出卷柏Selaginelladavidii Franch和芒草Miscanthus sinensis Andlerss)等3种类型。     

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.     

磷对土壤中砷吸附的影响

在黄壤、红壤和褐土中进行As的等温吸附实验表明,在不添加P的情况下,3种土壤对As的吸附能力随土壤pH的升高而降低,随土壤粘粒含量的降低而减弱,3种土壤吸附能力为黄壤>红壤>褐土,As在土壤中的吸附受P存在的影响,60mg·kg^-1的P可以降低黄壤和红壤对As最大吸附量．吸附质中P：As的比例不同,P对土壤吸附As的影响差异很大：吸附质中P：As=1：2时,土壤对As的吸附能力均强于P：As=1：1和P：As=2：1,后两者差异不显著,表明土壤中的吸附点位对As和P的亲和性具有一定的差异,Languir方程能很好地拟合所测得的土壤平衡溶液中As浓度。     

施肥对硫华菊和波斯菊吸收积累铅的影响

利用盆栽试验研究了不同施肥处理下(N、NP和NPK)两种菊科植物(硫华菊和波斯菊)对北方污染农田土壤铅(Pb)吸收和转运的影响。结果表明:施肥均可显著增加硫华菊和波斯菊的生物量、地上部Pb浓度和富集量,其中NPK肥处理对植物富集重金属促进效果最为显著,硫华菊和波斯菊地上部Pb浓度分别是其他处理组的1.59~1.89倍和1.17~1.32倍,地上部Pb富集量分别是对照组的1.15~3.21倍和1.18~4.28倍;施肥处理也显著提高了两种植物对Pb的转运能力,硫华菊和波斯菊的富集系数(BCF)分别达0.17(对照)~0.22(NPK处理)、0.29(对照)~0.36(NPK处理);对Pb在两种植物叶片的亚细胞分布进一步分析表明,金属富集颗粒(MRG)是Pb在硫华菊和波斯菊亚细胞结构中的主要富集部位(大于70%);硫华菊和波斯菊可考虑作为Pb污染土壤的植物修复材料,合理NPK肥可明显提高其对土壤Pb的修复效率;硫华菊修复效果高于波斯菊。     

丛枝菌根真菌和施加不同形态氮肥对杉木幼苗养分吸收的影响

为了解丛枝菌根真菌(AMF)和不同形态氮对杉木(Cunninghamia lanceolata)生长和养分吸收的影响,以1 a生杉木幼苗接种摩西球囊霉(Glomus mosseae)和添加不同形态氮(NH₄⁺-N和NO₃^–-N),对其养分元素和生长状况的变化进行研究。结果表明,AMF显著提高了杉木的苗高和生物量,促进了杉木对N、P、K、Ca、Mg、Fe和Na的吸收,AMF对微量元素Fe、Na的促进作用总体上要强于大量元素K、Ca。与NO₃^–-N相比,AMF显著提高了NH₄⁺-N处理杉木的生物量、总C和N、Ca、Mg、Mn含量,而且这种显著性在叶中普遍高于根和茎。接种AMF可以促进杉木幼苗的生长和对养分元素的吸收,且添加NH₄⁺-N处理的促进作用要强于NO₃^–-N。     

亚热带森林不同植物及器官来源的可溶性有机质输入对土壤激发效应的影响及其作用机理

外源有机物的输入可以通过正负激发效应影响土壤有机碳(SOC)的矿化。然而, 当前的研究较少考虑不同植物及器官来源可溶性有机质(DOM)输入对土壤激发效应的影响及其作用机理。该研究以武夷山森林土壤为研究对象, 以室内培养的方式向土壤中添加¹³C标记青冈(Cyclobalanopsis glauca)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、木莲(Manglietia fordiana)和相思(Acacia confusa)这4种植物的根和叶来源DOM, 研究不同植物及器官来源DOM输入对土壤激发效应的影响及其作用机理。主要结果: 不同植物及器官来源DOM添加初期加快了SOC的矿化, 呈现正激发效应, 随后转为负激发效应。从整个培养期(90天)的累积激发效应来看, DOM的输入均抑制了SOC的矿化, 使其矿化量减少22%-49%, 其中青冈根DOM输入使SOC的矿化量减少最多, 而由木莲叶DOM输入减少的SOC矿化量最少。DOM输入引起的土壤激发效应强度受不同植物器官影响明显, 具体表现在植物根来源DOM输入所引起的土壤激发效应强度显著高于植物叶来源DOM输入所引起的激发效应强度(相思除外)。DOM的输入总体上提高了土壤微生物生物量碳(MBC)含量、土壤β-葡萄糖苷酶活性、纤维素酶活性以及土壤有效氮含量, 而对微生物群落组成无明显影响。从结构方程模型来看, DOM输入所引起的土壤激发效应主要受土壤微生物对外源碳的利用(¹³C-MBC)、纤维素酶活性以及土壤有效氮含量的影响, 这些因子的变化可解释植物叶来源DOM和根来源DOM添加处理下土壤激发效应变化的68%和86%。该研究结果表明在土壤氮充足的条件下, DOM的输入可以通过提高微生物生物量、土壤酶活性来加快分解所添加的外源有机物, 从而减少了对SOC的分解。因此, 在该研究中“底物优先利用”是土壤激发效应的主要作用机理。     

造纸污泥土地利用的资源价值与潜在风险

随着造纸工业的发展,造纸污泥产生的环境问题日益显露出来。造纸污泥含水量高达75％-80％,有机物含量高,易腐烂、有恶臭、不便于运输和施用,必须对污泥进行稳定化、无害化处理。造纸污泥经过堆肥无害化处理后可以作为一种价廉优质的有机肥料,造纸污泥不仅含有丰富的有机质,且含有N、P、K等其他营养元素,土地利用不会导致重金属、有机污染物、硝酸盐淋失等污染风险。大量的研究表明,施用造纸污泥及其堆肥,可以增加土壤的有机质含量,降低土壤容重,促进团粒结构形成,改善土壤结构,提高土壤孔隙度和保水、保肥能力,增强土壤酶活性。施用造纸污泥还可改善土壤的养分状况,且具有一定的增产效果和后效。造纸污泥经过堆肥后制成有机肥或有机复混肥是解决造纸污泥出路的主要途径。     

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。     

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.