植物重金属胁迫耐受机制

重金属是一类会对植物产生毒害作用的污染物,植物在长期进化过程中演变出耐受重金属胁迫的相关机制。以植物重金属耐受性为基础,对近几年来国内外植物响应重金属胁迫的耐受机制研究作一简要综述。主要概述了重金属对植物的胁迫影响及植物抗氧化系统,脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等渗透调节物质和不同类型基因家族等方面对植物耐受重金属胁迫机制的研究进展。以期为提高植物耐重金属胁迫能力及研究植物修复重金属污染土壤的应用奠定一定的基础。     

重金属对植物种子萌发胁迫及缓解的机制

重金属元素一般为植物生长的非必需元素,具有较强的毒性,极易被植物吸收积累,降解困难,且能通过食物链危害人类健康。综述了近年来重金属对植物种子萌发过程中形态学指标、生理生化指标以及分子水平上的影响,主要包括重金属对植物种子萌发、幼苗生长、淀粉酶酯酶等水解酶活性、抗氧化酶活性、可溶性糖与脯氨酸含量及在细胞遗传毒性效应和蛋白基因表达水平上的影响,并总结了缓解植物重金属毒害的方法及治理措施,探讨了目前该领域研究中存在的问题,以及治理植物重金属毒害的研究方向,旨在为重金属污染研究与治理工作提供参考。     

植物苯丙烷代谢及其对重金属胁迫的响应研究进展

苯丙烷代谢途径是植物中最重要的次生代谢途径之一,在植物抵抗重金属胁迫中直接或间接发挥了抗氧化作用,并能够提高植物对重金属离子的吸收与胁迫耐性。本文就苯丙烷代谢途径核心反应与关键酶系进行了总结,同时分析了木质素、类黄酮及原花青素等关键代谢产物的生物合成过程及相关机制,并以此为基础探讨了苯丙烷代谢途径关键产物响应重金属胁迫的相关机制。此外,结合当前研究现状,就苯丙烷代谢参与植物防御重金属胁迫的相关研究提出展望,以期为重金属污染环境的植物修复提供理论依据。     

海洋微藻对重金属镉胁迫的抗氧化应激适应性

近海海域重金属镉污染已成为全球性的环境灾难。镉对有机体的氧化应激胁迫是引发有机体毒害效应的关键原因。海洋微藻是海域生态系统中初级生产者,研究其抵抗镉氧化应激毒害的过程和机理对海洋生态学具有重要科学意义。海洋微藻在长期进化发展过程中,形成了耐受重金属镉毒害的生长适应性反应,抵抗镉氧化应激胁迫是海洋微藻减轻或消除镉毒害的关键所在。文章概述当前近海重金属镉的污染现状,归纳重金属镉对海洋微藻的氧化应激毒害效应,提出海洋微藻对镉胁迫的抗氧化应激适应性,简介几种典型的抗氧化应激酶类与非酶类物质,最后指出该领域的关键问题并进行展望。     

植物根表铁膜的形成及其营养与生态环境效应

论述了根表铁膜的形成条件、形态和矿物学组成及在根表的沉积位置,讨论了根表铁膜作为铁库改善植物Fe营养、影响P、Zn等营养状况的植物营养效应以及铁膜通过吸附或共沉淀的外在抗性机制和竞争代谢敏感位点的内在抗性机制,在提高植物抵抗Cu、Ni、Cd、As等重金属毒害和强酸、低碳的逆境环境等方面的生态环境效应．     

外生菌根与植物抗重金属胁迫机理

外生菌根是外生菌根真菌和植物营养根形成的共生体,能够增加植物对污染胁迫的抵抗能力。本文综述了20多年来国内外研究外生菌根增加植物抗重金属毒害的成果,指出了外生菌根在植物抗重金属毒害中的积极作用,并概括其抗性的主要机理为：外延菌丝的吸收作用;菌根分泌物的调节与螯合作用;菌根菌套或哈蒂氏网吸收过滤有毒金属;菌根菌套的疏水性作用。在研究外生菌根抗重金属毒害机理的基础上,提出了该领域今后的研究前景。     

产铁载体根际菌在植物修复重金属污染土壤中的应用潜力

产铁载体根际菌(siderophore-producing rhizobacteria,SPR)是一类植物根际促生菌,在植物修复重金属污染土壤中可起重要的辅助作用.本文在综合分析国内外相关研究进展的基础上,阐述了SPR缓解重金属植物胁迫毒害的功能及其提高土壤重金属生物活性的机理,并指出SPR在促进重金属污染土壤中植物的生长、增强植物累积重金属的过程等方面具有较好的应用潜力.对当前研究中存在的SPR提高或降低植物累积重金属的矛盾现象也进行了分析.针对当前研究存在的不足,提出今后应深入研究SPR与植物(尤其是重金属超累积植物)之间的相互作用机理,进一步明确影响铁载体螯合、活化土壤重金属的关键因素,综合考虑铁载体对土壤重金属生物活性和对植物吸收重金属的影响,探索在重金属污染土壤中提高SPR定殖能力的强化方法.     

沉水植物对重金属的吸收净化和受害机理研究进展

沉水植物对重金属的积累净化和受害机理研究主要集中在4个方面: (1)沉水植物对重金属(包括放射性物质)的吸收、积累和净化作用; (2)沉水植物对重金属的抗性强弱和机制; (3)沉水植物用于监测水体的重金属污染; (4)沉水植物的重金属胁迫机制, 包括重金属对植物形态和显微结构的损伤, 对植物抗氧化酶系统的影响, 对植物的叶绿素、蛋白质以及光合与呼吸作用等生理生化指标的影响, 植物对重金属的吸附和转运动力学, 以及Zn对Cd毒害的拮抗等。     

沉水植物对重金属的吸收净化和受害机理研究进展

沉水植物对重金属的积累净化和受害机理研究主要集中在4个方面：（1）沉水植物对重金属（包括放射性物质）的吸收、积累和净化作用;（2）沉水植物对重金属的抗性强弱和机制;（3）沉水植物用于监测水体的重金属污染;（4）沉水植物的重金属胁迫机制,包括重金属对植物形态和显微结构的损伤,对植物抗氧化酶系统的影响,对植物的叶绿素、蛋白质以及光合与呼吸作用等生理生化指标的影响,植物对重金属的吸附和转运动力学,以及Zn对Cd毒害的拮抗等。     

强化植物修复重金属污染土壤的策略及其机制

重金属对生态环境、农业生产、人类健康等诸多方面造成重要危害。植物修复因其具有经济有效、绿色生态等优点,已经成为土壤重金属污染修复研究领域的热点。由于植物重金属毒害、修复耗时过长等因素致使植物修复技术受限于研究阶段而不能广泛应用于实践。采用科学合理的强化措施提高植物修复的效率可能是解决该矛盾的关键之一。讨论了根瘤菌、丛枝菌根真菌、溶磷微生物和内生真菌构建的微生物-植物共生系统在强化植物修复过程中的具体应用;概述了EDTA、EDDS等螯合剂在改变土壤中重金属可溶态,促进重金属从土壤向植株转运的重要作用;介绍了植物中编码金属转运蛋白、金属硫蛋白、植物螯合肽等与重金属转运和代谢相关的基因在植物修复领域的实际应用;归纳了上述强化策略主要机制为微生物促进植物生长、缓解重金属植物毒性以及提高了土壤中重金属生物利用度,从而促进重金属在富集植物中积累和植物生物量的增加;最后总结并展望了植物修复强化技术在今后研究的重点及存在的问题。综述植物修复技术采用的主要强化策略及其机制,旨在为利用植物修复技术治理土壤重金属污染提供重要参考。     

镉胁迫对拟南芥的毒害作用及自噬现象的观测

镉离子(Cd2+)具有强植物毒性,可抑制植物生长,甚至导致植物死亡。为了研究重金属镉对拟南芥的毒害作用,采用叶绿素荧光技术、流式细胞技术、激光共聚焦技术及半定量RT-PCR技术,检测光合参数的变化、活性氧(reactive oxygen species,ROS)的累积、自噬的发生,以及病原相关蛋白(pathogenesis-related protein,PR)基因表达的变化。实验结果显示,随着50μmol/L CdCl2处理时间的延长,ROS和Cd2+在细胞中大量积累。而在镉胁迫的初期,会观察到自噬的发生及PR基因表达的变化。说明植物受到外界Cd2+作用的初期,会通过自噬及增强PR基因表达来抵抗外界胁迫。但随着处理时间的延长,植物细胞内累积了大量的ROS和Cd2+,当植物不足以通过自噬途径抵抗胁迫时,就会导致生长受阻,最终对光合系统造成损伤。     

菌根和根分泌物在植物抗重金属中的作用

多年来人们对植物抗重金属的研究一直集中在植物体内的代谢调节和控制上。随着近年来对根际环境的研究,人们发现植物体外的根际环境对植物抗重金属有着重要的影响,目前研究主要集中在对菌根真菌和根系分泌物与植物抗重金属的关系,本文就近年来对菌根真菌和根系分泌物在植物抗重金属毒害中发挥的作用及其可能机理的研究状况作一概述,并对该领域的研究和应用前景作出展望。     

植物内生细菌修复重金属污染土壤作用机制研究进展

内生细菌生活在植物组织内部,长期以来与宿主植物形成了紧密的共生关系。内生细菌在重金属吸收、耐受和解毒方面具有优良的特性,为修复重金属污染土壤提供了有效的新方案。综述了内生细菌强化植物修复重金属污染土壤的作用机制,包括内生细菌通过产生植物生长调节激素,分泌ACC脱氨酶和几丁质酶等,促进宿主植物在重金属胁迫条件下的生长;通过改变重金属的生物有效性/毒性,减轻植物重金属毒害;通过与植物形成联合修复体,加强植物抗重金属毒性的能力。分析了近几年超富集植物内生细菌多样性及其影响因素,探讨了联合修复过程中影响内生细菌强化修复效果的主要因素,包括内生细菌的来源、活性和环境胁迫等各种生物因素和非生物因素,并对内生细菌与植物联合修复的研究方向进行展望,涉及内生细菌自身存活原因和如何耐受重金属的机制研究,植物内生细菌的行为动力学和代谢,以及内生细菌、植物及土壤之间的生态互作效应等,以期推动内生细菌大规模应用于植物修复重金属污染土壤。     

金属硫蛋白和植物螯合肽在植物重金属耐性中的作用

植物螯合肽和金属硫蛋白广泛存在于植物界中,它们对植物耐重金属特别重要,能够与重金属形成复合物,以缓解重金属对植物的危害。本文就这两种金属螯合蛋白的结构、生物合成和基因调控,以及在植物体内缓解重金属毒害的作用方面作了简要介绍。     

丛枝菌根在植物修复重金属污染土壤中的作用

丛枝菌根（Arbuscular mycorrhizae,AM）是自然界中分布最广的一类菌根,AM真菌能与陆地上绝大多数的高等植物共生,常见于包括重金属污染土壤在内的各种生境中。在重金属污染条件下,AM真菌可以减轻重金属对植物的毒害,影响植物对重金属的吸收和转运,在重金属污染土壤的植物修复中显示出极大的应用潜力。重点介绍了AM真菌对植物重金属耐性的影响及其在植物提取和植物稳定中的应用等方面的进展,讨论了未来研究所面临的任务和挑战。     

植物螯合肽的转运与功能研究进展

植物螯合肽（phytochelatins,PCs）是由植物螯合肽合酶催化谷胱甘肽合成的一类生物小分子,结构式为（γ-Glu-Cys）n-Gly（n=2-11）,在真菌和高等植物耐受重金属胁迫机制中具有重要作用。近年来,人们在Pc介导重金属脱毒害的分子机理研究上取得了重要进展,发JLSpHMT1和SpABC2是PC在裂殖酵母中介导重金属液泡区室化的主要转运蛋白,鉴定了拟南芥液泡膜PC转运蛋AtABCC1和AtABCC2。此外,PCs也可能在超积累植物细胞内对重金属脱毒害具有重要功能。     

红树植物抗重金属污染研究进展

综述了重金属污染对红树植物生长的影响,红树植物吸收重金属并在其体内分布以及在这种污染环境下红树植物可能存在的抗性机制。红树植物是通过根部吸收重金属的,进入其体内的重金属除少量分布在叶表面的各种腺体组织中外,主要富集在根部;对吸收到体内的重金属红树植物通过细胞壁沉淀,液泡的区域化等有效方式以降低其毒性;红树植物还可通过渗透作用把重金属排除到体外以减少对自身的毒害;另外,生长在此环境下的红树植物以增强自身抗氧化系统来加强其抗重金属的能力。对今后有关这方面的研究趋势提出了一些看法。     

一氧化氮对植物重金属胁迫抗性的影响研究进展

一氧化氮(NO)作为一种重要的信号分子,在调节植物重金属胁迫抗性方面上起着非常重要的作用。综述了NO在植物体内的产生途径,重金属胁迫下植物体内内源NO含量的变化以及外源NO与内源NO对植物重金属胁迫抗性的影响。大量研究表明外源NO能够增强植物对重金属胁迫的抗性,一方面是通过增强植物细胞的抗氧化系统或直接清除活性氧,另一方面是通过影响植物对重金属的吸收以及重金属在植物细胞内的分布。然而内源NO在调节植物重金属胁迫抗性上的功能角色仍存在争议。有些研究表明内源NO是有益的,能够缓解重金属胁迫诱导的毒性;但是也有证据表明内源NO是有害的,能够通过促进植物对重金属的吸收以及对植物螯合素进行S-亚硝基化弱化其解毒功能,从而参与重金属诱导的毒害反应和细胞凋亡过程。     

解磷微生物修复土壤重金属污染研究进展

土壤重金属污染问题日益严重,具有普遍性、隐蔽性、表聚性、不可逆性等特点,已经成为环境污染治理中的热点、难点问题。解磷微生物能够依靠自身的代谢产物或通过与其他生物的协同作用,将土壤中的难溶性磷转化为可供植物吸收利用的磷,具有多重植物促生长功能和重金属解毒能力,可在重金属毒害水平下,促进植物生长、提高植物抗病能力、克服重金属对植物生长的不利影响,从而增强重金属修复植物的生存竞争力。从解磷微生物的研究现状入手,介绍了解磷微生物对土壤重金属污染的修复能力,综述了解磷微生物对土壤重金属污染修复的作用机制,分析了目前解磷微生物在重金属修复过程中存在的问题,并提出了今后研究的方向,为重金属污染土壤的修复提供了新思路。     

植物铜转运相关蛋白研究进展

环境中过量的铜会损害植物细胞的功能、降低酶的活性并且破坏蛋白质的结构。植物中有一个复杂的金属转运网络,对维持植物体内铜的动态平衡发挥着重要作用。综述了重金属铜对植物的毒害,详细介绍了铜转运相关蛋白及其对铜的转运和调控机制。