美洲商陆的组织培养

植物名称:美洲商陆(Phytolacca americana,属商陆科,又名十蕊商陆、垂序商陆和洋商陆,原产北美,为多年生草本植物。材料类别:来自专业户自栽收获的种子。培养条件:培养无菌苗所用培养基为[1]号:     

锰胁迫对垂序商陆光合特性及叶绿素荧光参数的影响

垂序商陆(Phytolacca americana L.)是我国首次发现的锰超富集植物。通过温室营养液培养实验,研究垂序商陆锰耐性与光合特性及叶绿素荧光参数的关系。结果表明,随着生长介质中锰浓度的升高,垂序商陆叶片的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量下降,净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)呈下降趋势,而胞间CO2浓度(Ci)却逐渐升高;叶绿素a/b值和蒸腾速率(Tr)在1 000μmol.L-1锰供应水平时达到最大值;叶片PSⅡ的最大量子产量(Fv/Fm)、PSⅡ有效光化学量子产量(EQY)和光合电子传递速率(ETR)呈下降趋势,而光化学淬灭系数(qP)和光合有效辐射(PAR)高于239μmol photons.m-.2s-1下的非光化学淬灭系数(NPQ)在5 000μmol.L-1锰供应水平时达到最大值。因此,垂序商陆在锰胁迫下可能具有一定的光合保护机制。     

灵山湾国家森林公园垂序商陆土壤种子库时空动态及其对防除措施的响应

土壤种子库是植物潜在的种群,对生态系统稳定和未来植被的结构、功能有着举足轻重的影响。垂序商陆(Phytolacca americana)的入侵已对山东省胶南市灵山湾国家森林公园的森林生态系统构成严重危害。为调查该物种在公园内的潜在扩散能力,于2009—2014年调查了刺槐(Robinia pseudoacacia)林、黑松(Pinus thunbergii)林、刺槐黑松混交林和紫穗槐(Amorpha fruticosa)林(灌丛)4种林分类型,以及2009年采用物理和化学控制入侵危害严重的刺槐林内的土壤种子库。结果表明:垂序商陆种子在4种林分中均有发现,在刺槐、黑松林内表现为由林缘至林内逐步降低的趋势。垂序商陆种子只存在于枯落物层和5 cm以上的土壤中,随土层深度的增加而减少,枯落物层土壤种子库由林缘到林内呈递减趋势。与2009年相比,2014年黑松林和灌丛中平均种子库密度分别降低46%和44%,刺槐林和混交林分别增加299%和355%。垂序商陆种子发芽率在10%以下,随土层深度的增加而依次降低。采用物理、化学控制措施的刺槐林内垂序商陆的更新量、结实量、种子库含量均明显高于紫穗槐林的。调查结果表明垂序商陆土壤种子库具有明显的空间异质性,并且保持了较强的繁殖潜力,营造紫穗槐灌丛可以有效控制垂序商陆的扩散,可为经营沿海防护林提供理论指导。     

锰胁迫对垂序商陆叶片形态结构及叶绿体超微结构的影响

以超富集植物垂序商陆为实验材料,通过温室实验,研究不同锰处理条件下垂序商陆叶片受害症状、叶片形态结构和叶绿体超微结构的变化。当生长介质中锰供应水平为1 000 μmol?L-1时,垂序商陆生长良好,叶片未表现出受害症状,其形态结构和超微结构也没有明显的变化;当锰供应水平为5 000 μmol?L-1时,叶片开始出现褪绿现象,叶肉细胞排列疏松,栅栏组织细胞膨胀, 叶绿体数量减少,外膜部分解体,类囊体膨胀, 基质片层扭曲, 淀粉粒颗粒变小;当锰供应水平为12 000μmol?L-1时,叶片发生大量的褪绿现象,伤害率高达87.33%,并且伤害率随着锰胁迫时间的延长明显升高,叶肉细胞发生扭曲变形,叶绿体皱缩,外膜解体,类囊体空泡化加剧,基质片层严重扭曲,基粒排列紊乱甚至模糊成絮状,嗜锇颗粒增多。 尽管在高锰浓度胁迫条件下植物叶肉细胞及叶绿体超微结构出现一定程度的毒害特征,但垂序商陆仍能完成部分功能,维持其个体的生长,这进一步表明超富集植物垂序商陆具有极强的锰耐性。     

垂序商陆叶片总皂苷的提取及杀虫活性研究

对纤维素酶-微波协同提取垂序商陆(Phytolacca americana Linn.)叶片总皂苷过程中纤维素酶用量、纤维素酶作用时间、微波提取时间和微波功率进行单因子实验和L9(34)正交实验,测定了4月至10月叶片总皂苷含量及总皂苷提取物对小菜蛾[Plutella xylostella(Linn.)]的灭杀活性。结果表明:纤维素酶用量、纤维素酶作用时间、微波提取时间和微波功率均对垂序商陆叶片总皂苷得率有明显影响。垂序商陆叶片总皂苷的最佳提取条件为纤维素酶用量0.08 g·g~(-1)、纤维素酶作用时间100 min、微波提取时间35 s和微波功率400 W;该条件下叶片总皂苷得率为2.53%。随着时间的推移,垂序商陆叶片总皂苷含量呈"升高—稳定—降低"的趋势,总皂苷含量在8月最高,9月之后急剧下降。在同一处理时间,小菜蛾的校正死亡率随着总皂苷提取物质量浓度的提高逐渐升高;同一质量浓度总皂苷提取物条件下,小菜蛾的校正死亡率随着处理时间的延长也逐渐升高。质量浓度5.0 mg·m L-1总皂苷提取物处理96 h时小菜蛾的校正死亡率达73.3%。9月总皂苷提取物对小菜蛾的灭杀效果优于5月和7月。本研究初步建立垂序商陆叶片总皂苷的纤维素酶-微波协同提取条件,明确其叶片总皂苷提取物对小菜蛾具有一定的灭杀活性,为利用垂序商陆叶片开发生物农药提供参考。     

银杏外种皮与垂序商陆叶提取物及二者复配剂对小菜蛾杀虫活性研究

为更好开发利用垂序商陆与银杏两种植物资源,本研究对银杏外种皮(Ginkgo biloba sarcotesta,Gbs)及垂序商陆叶(Phytolacca americana leaf,Pal)提取物的单方及复配剂对小菜蛾的杀虫活性进行了测试和比较。结果发现,银杏外种皮与垂序商陆叶提取物均能对小菜蛾表现出良好灭杀活性,且灭杀活性随处理时长及提取物浓度的增加而增加,各浓度下银杏外种皮提取物的小菜蛾杀虫活性均优于垂序商陆叶提取物,8 mg/mL浓度下处理72 h后二者的小菜蛾校正死亡率分别为74.7%(Gbs)与64.8%(Pal);二者毒力回归方程分别为y=1.584x-1.243(Gbs)与y=1.337x-0.629(Pal),LC₅₀分别为2.95 mg/mL(Gbs)与6.09 mg/mL(Pal);复配剂的小菜蛾灭杀活性随二者配比变化而变化,最佳配比为1∶11(Pal∶Gbs),LC₅₀为1.24 mg/mL(低于二者各自单方的LC₅₀,毒力指数为491.13 mg/mL(明显高于二者单剂毒力指数之和),共毒系数...     

垂序商陆繁殖期各器官锰富集规律及其对种子萌发的影响

通过室内盆栽实验,以锰超累积植物垂序商陆植株为材料,比较了不同供锰水平(0.005、0.1、1.0mmol/L)下种子成熟过程中各器官锰含量的动态变化及所产种子的萌发率,旨在了解高锰条件下垂序商陆在繁殖期体内锰富集规律及其对繁殖能力的影响。结果发现:(1)在垂序商陆种子成熟过程中,各处理组植株的根、茎、叶、果实中锰含量均随时间推移呈逐渐增加趋势,且植物器官中锰含量随环境中锰浓度升高而提高;种子内的锰含量变化规律在对照组和处理组之间不同,对照组(0.005mmol/L)先小幅下降后持续增加,而处理组(0.1与1.0mmol/L)则先持续增加,至末期出现不同程度的降低。(2)相同锰浓度环境条件下,种子成熟后期各器官锰含量均表现为种子茎根果实(包括种子)叶。(3)GC-MS分析表明果汁中有机酸主要成分为草酸与少量的2-羟基丙酸,有机酸的成分与含量在各组间无明显不同。(4)随锰浓度增加,种子中锰含量增加,而萌发率则逐渐降低,且各组间差异极显著。研究结果提示,垂序商陆植株各器官内锰积累量与环境中锰浓度密切相关,其在种子成熟过程中会对体内多余的锰在各器官进行合理分配,以减小锰富集带来的有害效应从而完成自身生命周期,并可能在种子成熟末期采取降低种子中锰的分配量来提高萌发率从而保证高繁殖能力,果浆的可溶性水环境及所含有机酸在繁殖期植株解锰毒中发挥了重要作用。     

沙质海岸防护林入侵植物垂序商陆的防治

垂序商陆的入侵给我国沿海防护林造成了严重危害.本研究在入侵程度相对一致的刺槐林下设置样地,采用物理(刈割、切根)、化学(喷洒无公害除草剂)方法进行控制试验,并以林下紫穗槐发育良好、未进行处理的地段作为对照,探索控制垂序商陆生长的有效方法.结果表明:刈割能快速降低垂序商陆各项生长指标,但次年即恢复至对照水平.1/3切根仅减少了当年地上部分生长量,第3年又恢复至处理前水平,而2/3切根和完全切根处理一次即可有效地清除垂序商陆.精喹禾灵和百草枯仅能杀死其地上部分,次年即恢复至处理前水平,而45g·L-1草甘膦处理的垂序商陆死亡率达到100％,第3年新萌发垂序商陆生长与结实量已明显恢复.紫穗槐发育良好地段的垂序商陆各生长指标始终处于较低的平衡状态.采用紫穗槐替代法是长期控制垂序商陆的有效防治方法.     

锰胁迫对垂序商陆生长发育的影响

以垂序商陆为试验材料,采用温室溶液培养方法,在生长介质中添加不同浓度(1、5、8、12和15mmol·L-1)的锰离子,研究锰胁迫对垂序商陆生长发育的影响。结果表明:随着生长介质中锰含量的升高,垂序商陆种子的发芽率、发芽势和有丝分裂指数逐渐降低,幼苗根的生长逐渐受到抑制,根系活力呈下降趋势,植物体各器官的生物量减少。当锰胁迫浓度≥12mmol·L-1时,锰对垂序商陆的生长发育产生非常明显的毒害效应,导致种子的发芽、根尖有丝分裂和幼苗根的生长受到严重抑制,生物量显著减少。锰胁迫对垂序商陆幼苗的芽影响较小,而对生殖器官影响较大,严重降低了垂序商陆的结实数量与质量。     

垂序商陆种子油与根皂苷微波辅助提取工艺及种子油理化性质与根皂苷杀虫活性研究

为更好地开发利用垂序商陆(Phytolacca americana L.),本文关注了垂序商陆种子油与根皂苷的微波辅助提取工艺,及种子油理化性质与根皂苷对农业害虫的灭杀效果。结果发现:(1)垂序商陆种子油的微波辅助最佳提取工艺为料液比1∶10(g/m L),微波时间70 min,微波功率300 W,微波温度50℃,种子油得率26.8%;(2)根中皂苷最佳提取工艺为料液比1∶25,微波时间80 min,微波功率500 W,微波温度70℃,根皂苷得率3.22%;(3)垂序商陆种子油密度、折光值、碘值、酸值、过氧化值、皂化值分别为0.887 g/m L、1.542 n_D~(20)、138.6 g I2/100g、0.89 mg KOH/g、28.25 meq/kg与185.7 mg KOH/g;(4)根皂苷对供试害虫小菜蛾具明显杀虫活性,小菜蛾死亡率随处理时间增加呈递增趋势,至第4 d时达84.4%。结果表明,微波在垂序商陆种子油与根皂苷提取中可起到很好的辅助效果,二者在粮油安全或生物农药领域具有较好的开发潜能。     

A critical reappraisal of Phytolacca acinosa Roxb. (Phytolaccaceae) – A manganese-hyperaccumulating plant

Phytolacca acinosa Roxb. (Phytolaccaceae) was reported in 2004 to be a manganese-hyperaccumulating plant. Phytolacca americana L., growing at the same site was then independently reported in 2007 to have the same property. An apparent confusion in the taxonomy of the genus Phytolacca and interest in the Mn hyperaccumulative trait reported in P. acinosa has led to an extended field sampling, glasshouse cultivation and comparison with herbarium materials of P. americana s.l. Our specific aim was to identify and name the Mn hyperaccumulator plant correctly. P. acinosa is closely related to P. americana but it differs from the former in having an erect infructescence with usually eight distinct carpels, while from the latter has a nutant infructescence usually with 10 concrescent carpels. Our study indicated that the Mn hyperaccumulator plant P. acinosa which we first reported from the Xiangtan Mn tailings wasteland must now be reduced to P. americana as a synonym in order to prevent further confusion in identity and nomenclatural redundancy.     

A critical reappraisal of Phytolacca acinosa Roxb. (Phytolaccaceae) – A manganese-hyperaccumulating plant

Phytolacca acinosa Roxb. (Phytolaccaceae) was reported in 2004 to be a manganese-hyperaccumulating plant. Phytolacca americana L., growing at the same site was then independently reported in 2007 to have the same property. An apparent confusion in the taxonomy of the genus Phytolacca and interest in the Mn hyperaccumulative trait reported in P. acinosa has led to an extended field sampling, glasshouse cultivation and comparison with herbarium materials of P. americana s.l. Our specific aim was to identify and name the Mn hyperaccumulator plant correctly. P. acinosa is closely related to P. americana but it differs from the former in having an erect infructescence with usually eight distinct carpels, while from the latter has a nutant infructescence usually with 10 concrescent carpels. Our study indicated that the Mn hyperaccumulator plant P. acinosa which we first reported from the Xiangtan Mn tailings wasteland must now be reduced to P. americana as a synonym in order to prevent further confusion in identity and nomenclatural redundancy.     

商陆属植物的花器官发生

为进一步研究商陆科的系统位置提供花器官发生和发育的证据,在扫描电子显微镜下观察了商陆Phytolacca acinosa、多雄蕊商陆P. polyandra和垂序商陆P. americana的花器官发生.结果表明: 商陆属植物花被的发生均为2/5型螺旋发生.在同一个种不同的花蕾中,花被的发生有两种顺序:逆时针方向和顺时针方向.远轴侧非正中位的1枚先发生.雄蕊发生于环状分生组织.在单轮雄蕊的种中8-10枚雄蕊为近同时发生;两轮雄蕊的种8枚内轮雄蕊先发生,6-8枚外轮雄蕊随后发生,内轮雄蕊为同时发生,外轮雄蕊发生次序不规则.心皮原基也发生于环状分生组织,8-10枚心皮原基为同时发生.在后来的发育过程中,商陆的心皮发育成近离生心皮雌蕊;其他2种心皮侧壁联合发育成合生心皮雌蕊.对商陆属植物花器官发生的类型及发育形态学做了分析,结果支持商陆科在石竹目系统发育中处于原始地位的观点.     

锰对锰超积累植物美洲商陆抗氧化系统的影响

采用水培法,研究了美洲商陆在不同锰浓度下的生长、锰积累、H₂O₂含量、脂质过氧化以及抗氧化系统的响应.结果表明：植株锰含量随锰浓度增大而显著增加,依次为叶＞茎＞根.低浓度锰（5 mmol·L^-1）显著促进植株生长,叶片中H₂O₂含量明显降低,丙二醛（MDA）含量与对照相当;高浓度锰（≥10 mmol·L^-1）抑制植株生长,叶片中H₂O₂和MDA水平显著增加,表明叶片中发生了明显的氧化损伤.抗坏血酸过氧化物酶、脱氢抗坏血酸还原酶、谷胱甘肽还原酶的活性和还原型抗坏血酸水平随锰处理浓度上升;超氧化物歧化酶活性在低浓度锰时显著降低,高浓度锰时则显著上升;过氧化氢酶和过氧化物酶活性、还原型谷胱甘肽含量在锰浓度为5～10 mmol·L^-1时显著上升,而在20 mmol·L^-1时明显回落.说明氧化损伤及锰积累可能是高浓度锰下美洲商陆生长受抑的生理原因.锰处理下,抗氧化系统效率提高可以部分解释美洲商陆耐锰和超积累锰的特性,不同抗氧化剂活性或含量随介质锰浓度变化的模式不同,反映了其在美洲商陆耐受不同浓度范围锰时的作用不同.     

商陆对锰污染土壤的修复实验研究

商陆是在中国境内发现的多年生、草本型锰超积累植物。通过室内土培试验,评价商陆对土壤中锰的去除潜力,确定最佳收获时间,以期达到最佳的重金属污染土壤植物修复效果。结果表明:商陆能将土壤中的锰转运到地上部位,叶片中Mn含量最高,平均值为17 043 mg/kg DW,远远大于茎和根的锰含量均值;单株的平均富集量在浓度为500 mg/kg DW时达最高,一棵商陆可富集平均13 mg的Mn;动态修复中确定的最佳收获时间为60 d,不同时间收获的商陆地下部分生物量差异不明显(P0.05),地上部分则差异较大。连续收获不改变其锰生物富集能力。这表明商陆对锰有较强的富集能力,是一种优良的修复锰污染土壤的物种,对土壤重金属污染的治理及植物修复领域数据库的完善具有重要意义。     

锰毒及植物耐性机理研究进展

综述了近些年国内外关于锰毒及植物耐锰机理的研究成果,并指出了存在的问题和发展前景。锰毒是酸性土壤上限制作物产量的重要因子,国内外针对锰毒及植物耐受机制进行了相关研究,但进展较为缓慢。锰对植物的毒害效应体现在不同的细胞组织及生理生化水平上,不同植物耐受锰的机理也存在差异性,但大都集中在有机酸的螯合解毒、内部积累、外部排斥及氧化等方面。某些锰胁迫所诱导的基因也被筛选出来,并且部分生物学功能得以鉴定。此外,锰与其他营养元素间的协同或拮抗作用也得以阐述,伴随锰超富积植物-商陆在中国的发现,对锰毒及植物耐性机理的深入研究和探讨,将会对植物修复技术的开展产生理论和实践意义。     

Distribution and mobility of manganese in the hyperaccumulator plant Phytolacca acinosa Roxb. (Phytolaccaceae)

The distribution and mobility of manganese (Mn) in the hyperaccumulator plant species Phytolacca acinosa Roxb. (Phytolaccaceae) were investigated in a hydroponic system. The plants were exposed to 2 or 5 mM Mn for up to 28 days. For any given plant, the Mn content in the mature leaves (nos. 5–9) was always higher than that in the old (nos. 1–4) and young leaves (nos. 10–14). Within the different parts of a leaf, Mn was preferentially accumulated in the leaf marginal area, where the observed level was threefold higher than that in the midrib. Cross-sectional analysis of the leaf revealed that the concentration of Mn was higher in the leaf epidermis than in the mesophyll. Cell fractionation analysis with P. acinosa leaves showed that most of the Mn (78.4%) was present in the final supernatant fraction (following centrifugation at 20,000 g for 45 min). The distribution of Mn in the leaves of P. acinosa was controlled mainly by the transpiration rate. Our investigation demonstrated that Mn was readily transported from the roots to shoots of P. acinosa but that it could not be remobilized readily after it reached leaves.     

灵山湾国家森林公园刺槐林下垂序商陆种子雨时空动态

垂序商陆(Phytolacca americana)的入侵给山东省沿海防护林的生物多样性及乔木更新造成了严重的危害, 为揭示其繁殖特性和扩散机制, 在灵山湾国家森林公园刺槐(Robinia pseudoacacia)林下由林缘至林内60 m设置5个梯度, 采用机械布点法对垂序商陆的结实量、种子雨分布和扩散格局进行了调查。结果表明: 1)垂序商陆的结实量与种子雨量由林缘至林内逐渐减小, 分别为2 273-1 846和1 382-621粒·m^-2, 不同空间种子雨密度占结实密度的60.80%-33.64%, 平均为49.52%, 人为搂割及动物取食是种子雨量损失的主要原因; 2)种子雨始于9月中旬, 林缘种子雨的发生早于林内, 种子雨的平均强度由林缘至林内逐渐减小, 在10月下旬和12月中旬各有一次种子雨高峰, 最大强度分别为32-4和59-5粒·m^-2·d^-1; 3)种子雨由林缘至林内散布范围逐渐减小, 同时随距母株距离的增加而减小, 其中最大散布距离与加权平均距离分别为210-180 cm和94.32-63.03 cm, 整体加权平均距离为81.00 cm。表明垂序商陆种子雨具有明显的时空异质性, 对预测其扩散潜力及群落结构组成趋势有重要的意义。