镉胁迫对紫花苜蓿幼苗生理特性和镉富集的影响

以"甘农三号"紫花苜蓿幼苗为材料,在水培条件下,探究了在10 d内不同浓度(0～2.0 mmol·L^-1)镉(Cd)胁迫对其根长、茎长、生物量、叶绿素和丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、Cd富集及其亚细胞分布的影响。结果表明:低浓度(0.125 mmol·L^-1) Cd能促进幼苗根和茎的生长,增加叶片叶绿素含量,较高浓度(0.5～2.0 mmol·L^-1) Cd显著抑制幼苗根和茎的生长,叶绿素及生物量显著降低; Cd胁迫使MDA含量显著增加,而SOD和POD活性显著增强,其中Cd胁迫浓度为0.5mmol·L^-1时,SOD和POD活性达到最大值,这可能是植物对环境胁迫的一种应激保护反应; Cd在各亚细胞组分中的含量依次为细胞壁>细胞质>线粒体>叶绿体,且均随Cd胁迫浓度的升高而增加。当Cd胁迫浓度为0.125 mmol·L^-1时,水培10 d的紫花苜蓿幼苗单株地上部对Cd的净化率最高可达0.214%,而整盆植株在单位体积内对Cd的净化率最高可达15.5%;当Cd胁迫浓度为2.0 mmol·L^-1时,紫花苜蓿幼苗地上部Cd含量达89.36μg·g-1。这些结果表明紫花苜蓿对Cd具有很强的富集能力,虽未达到Cd超富集植物的临界标准,但从植株生物量、耐Cd能力、富集Cd量及对Cd的净化率等方面综合考虑,紫花苜蓿在Cd污染土壤的植物修复中具备良好的应用价值。     

尾巨桉DH3229幼苗对硝普钠-酸铝互作的响应

该研究以广西林业科学研究院提供的尾巨桉DH3229幼苗为材料,以分析纯AlCl3·6H2O为铝(Al)的供体,以硝普钠(SNP)为一氧化氮(NO)的供体,设置3个SNP浓度(0、10、500μmol·L~(-1))和2个Al水平(0、5 mmol·L~(-1)),每5 d浇一次含不同浓度Al和SNP的营养液,持续20周,分析Al胁迫对幼苗生长生理特性的影响,并探讨不同浓度外源SNP施加对植物Al毒害有无缓解作用及其缓解机理。结果表明:Al施加能显著降低尾巨桉DH3229幼苗的生物量、叶片叶绿素a、总叶绿素含量、叶绿素a/b值和可溶性糖含量;Al胁迫显著增加幼苗相对电导率、MDA、SOD、游离脯氨酸含量。外源施加适量(10μmol·L~(-1))的SNP能使Al胁迫下桉树幼苗根和叶等生物量、叶片叶绿素含量以及Chl a/b显著提高,同时降低其相对电导率、MDA含量和游离脯氨酸含量。可见,SNP具有双重性,适量SNP施加可有效缓解Al对桉树生长的胁迫,高浓度(500μmol·L~(-1)) SNP则产生硝化胁迫从而抑制桉树的生长。     

镉暴露诱导黄颡鱼鳃的组织学损伤、氧化应激和免疫反应

为研究水体镉(Cd)暴露对黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)鳃的组织学结构、抗氧化状态及免疫相关基因表达的影响, 将黄颡鱼分别暴露于0(对照组)、50和200 μg/L Cd水体中8周后, 取鳃进行分析。结果显示: 鳃中Cd含量随着水体Cd浓度的升高而上升; 组织学分析发现, Cd暴露组鳃出现了动脉瘤、细胞增生、鳃小片弯曲以及细胞脱落等病理变化。同时, Cd暴露导致鳃中谷胱甘肽-S-转移酶(GST)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和抗羟自由基(AHR)的活性及过氧化氢(H₂O₂)的含量升高, 而过氧化氢酶(CAT)的活性及还原型谷胱甘肽(GSH)的含量下降, 但超氧化物歧化酶(SOD)的活性无显著变化。此外, Cd暴露上调了肿瘤坏死因子-α(tnf-α)、主要组织相容性复合体(mhc)、白细胞介素-10(il-10)、转化生长因子-β(tgf-β)和补体因子C3(c3)的表达, 而下调了白细胞介素-1β(il-1β)、白细胞介素-8(il-8)及溶菌酶(lys)的转录水平。研究表明, Cd暴露导致黄颡鱼鳃中Cd富集, 进而诱导鳃的组织学损伤、氧化应激和免疫反应。     

铜绿假单胞菌对镉胁迫苗期水稻根系活力及叶片生理特性的影响

为揭示耐镉铜绿假单胞菌缓解镉胁迫水稻的生理效应,以无镉处理为对照,通过添加菌液、空载体、菌剂及20μmol·L^-1 Cd进行水培试验,分析了菌株对苗期水稻根系活力及叶片生理特性的影响.结果表明:镉胁迫显著抑制了水稻的根系活力,降低了叶片光合效率、抗氧化酶活性及可溶性蛋白、类黄酮与总酚含量,提高了叶片丙二醛(MDA)和超氧阴离子(O2-)含量.与镉处理相比,添加菌液、菌剂处理的水稻根系活力分别提高了36.1%~42.5%、49.4%~53.0%;叶片净光合速率提高了118.5%~147.1%、137.6%~156.9%;可溶性蛋白含量提高了37.0%~49.3%、37.7%~72.6%.菌剂处理的水稻叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性分别比Cd处理提高了36.9%~42.6%、82.7%~92.6%、43.3%~52.2%,菌液处理的SOD、POD、CAT则分别比Cd处理提高了25.8%~36.6%、40.9%~55.9%、24.0%~29.2%,菌剂对水稻叶片抗氧化酶的促进效应显著高于菌液;菌剂、菌液处理的水稻叶片MDA含量分别比Cd处理降低了44.8%~54.7%、29.4%~41.9%;O2-含量减少了9.9%~10.2%、3.0%~7.1%;菌剂处理后类黄酮、总酚含量分别比Cd处理提高了125.4%~135.7%、100.8%~119.4%;菌液处理后则分别提高了139.4%~146.7%、115.0%~134.7%.可见,铜绿假单胞菌及其菌剂通过提高苗期水稻根系活力、光合作用促进了苗期水稻的生长.铜绿假单胞菌通过增强水稻抗氧化酶活性、提高类黄酮和总酚等抗氧化物质含量,表现出显著的缓解镉胁迫效应.     

耐镉促生菌株的分离鉴定及对大豆的促生效应

【背景】华南地区镉（Cd）污染严重,与有益微生物共生能够使作物通过直接或间接的机制解除镉毒,提高抗逆性,进而促进生长。耐镉促生菌剂具有广泛的应用前景。【目的】从华南地区受镉污染植株的根内和根际筛选出耐镉且能促进大豆生长的促生菌,以丰富促进田间大豆生产的优异菌种资源。【方法】采用平板划线法从植株的根内或根际分离菌株,通过生理生化特性和16S rRNA基因序列分析对分离菌株进行初步研究,利用盆栽试验探究镉胁迫下菌株对大豆生长的影响,通过测定丙二醛含量和总抗氧化能力探究菌株的耐镉机制。【结果】分离获得4株菌D1、D2、D3和D4,促生特性试验证明4株菌均具有溶磷、产吲哚乙酸和铁载体的能力。经16S rRNA基因序列分析鉴定,D1、D2、D3和D4菌株分别属于不动杆菌属、微小杆菌属、类芽孢杆菌属和普罗威登斯菌属。用这4株菌进行不同镉处理的大豆（巴西10号）盆栽试验,结果表明,4株菌均具有耐镉和促进大豆生长的作用。不添加镉的条件下,大豆接种D4菌株的地上部干重、根部干重和株高分别增加了28%、35%和31%;在添加20mg/kg-CdCl₂·5/2H₂...     

L929细胞镉中毒模型的建立

以L929细胞为研究对象,建立镉中毒体外模型,研究镉中毒对成纤维细胞生长发育的影响.本研究使用含有终浓度为100、50、25和5μmol·L-1氯化镉的DMEM培养基培养L929细胞,培养后0、6、12、24、36、48 h时分别观察细胞形态学变化,并应用MTT(四甲基偶氮唑盐)比色法来测定细胞的活性,研究结果表明,与正常组比较,当镉浓度大于50 μmol·L-1时,细胞形态损伤严重,细胞活性明显下降(p＜0.01);当镉浓度为5 μmol·L-1时,细胞未出现明显损伤,细胞活性无统计学差异(p＞0.05);时间效应观察结果显示,当镉作用36 h以上,细胞出现严重损伤,较多细胞悬浮于细胞培养基中,细胞活性明显下降(p＜0.01).结果表明,镉的终浓度为25 μmol·L-1,与L929细胞共同作用24 h为建立镉中毒体外模型的最佳条件.     

基于光谱参数对小白菜叶片镉含量的高光谱估算

为实现利用高光谱技术快速、准确、无损地检测叶类蔬菜叶片重金属镉污染情况,通过采用室内盆栽试验,检测了小白菜在6个不同的镉浓度梯度0 mg/kg(CK)、0.5 mg/kg(T1)、1 mg/kg(T2)、5 mg/kg(T3)、10 mg/kg(T4)和20 mg/kg(T5)下的叶片高光谱反射率及其镉含量。利用相关分析和逐步回归的统计方法对叶片原光谱、一阶导数光谱和光谱参数与镉含量进行统计分析,确定了反演叶片镉含量的敏感光谱参数,并建立了估算叶片镉含量的参数模型。结果表明:(1)在540 nm附近和红外区域,叶片光谱反射率随着处理浓度的增加呈下降趋势。T1组叶片光谱与对照组的光谱没有明显的变化差异;(2)原光谱与镉含量的敏感波段主要在690—1300 nm,相关系数最高的波段是782 nm。一阶微分光谱与镉含量的敏感波段在黄边、红外、近红外和远红外范围均有分布;(3)反映植物色素、水含量和细胞结构的参数MCARI(叶绿素吸收反射修正指数Modified Chlorophyll Absorption Reflectance Index),SDy(黄边面积Yellow Edge Area),WI(水质指数Water Index),DCWI(病态水分胁迫指数Disease Water Stress Index),SDr(红边面积Red Edge Area)和Dr(红边幅值The Amplitude of the Red Edge)可分别作为反演镉含量的敏感光谱参数,其倒数回归模型能够较好地反演镉污染下小白菜叶片的镉含量;(4)镉胁迫处理15 d时,建立的SDr的倒数模型估算处理30 d时小白菜叶片镉含量的效果最优。研究表明红边面积参数可以用于估算小白菜叶片的镉含量,可为评价小白菜的食用安全提供科学方法。     

水稻根系响应镉胁迫的蛋白质差异表达

为探讨水稻根系对镉胁迫的分子生理响应,以抗镉水稻PI312777和镉敏感水稻IR24为材料,设置Cd~(2+)浓度为0、50和100μmol/L的水培试验,处理7 d后分析了水稻根系的蛋白质差异表达。结果表明,在镉胁迫下水稻PI312777和IR24根系有18个蛋白质发生了差异表达,其中的12个得到MALDI-TOF/MS鉴定。这些鉴定的蛋白功能可分四类:(1)与活性氧(ROS)胁迫相关的过氧化物酶(POD)、蛋氨酸腺苷转移酶(MAT)、类萌发素蛋白前体;(2)与谷胱甘肽(GSH)合成相关的S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸脱氢酶(GDH);(3)与逆境胁迫相关的ABA胁迫诱导蛋白含HVA22域蛋白、ABA-胁迫-成熟诱导蛋白5(ASR5);(4)与细胞分裂调控相关的GTP结合核蛋白Ran-2。镉胁迫下SAMS和GTP结合核蛋白Ran-2在两种水稻根系均发生上调表达;MAT、POD、类萌发素蛋白前体和GS发生下调表达;依赖NADP-GDH、GDH和磷酸甘油酸变位酶在IR24根部均发生下调表达,在PI312777根部仅在100μmol/L Cd~(2+)处理发生下调表达;含HVA22域蛋白在PI312777根部上调表达,在IR24根部发生下调表达;ASR5在PI312777根部上调表达,在IR24根部的表达无显著差异;100μmol/L Cd~(2+)胁迫下60S酸性核糖体蛋白P0在水稻PI312777根部表达下调,在IR24根部表达上调。可见,镉胁迫使水稻根部ROS增加,形成氧化胁迫反应,造成毒害作用,而水稻根通过调节SAMS和GS提高GSH合成降低镉毒害。ASR5和HVA22蛋白等逆境胁迫蛋白的表达差异则是水稻品种间抗性差异的重要原因之一。