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。     

活性硅缓解植物重金属胁迫及其生物学机制研究进展

土壤重金属污染可抑制植物的正常生长并增加其在食物链传播的风险。硅是重要的植物营养元素,可通过多种途径调节植物生理、生化和代谢功能,在缓解植物的重金属胁迫及促进植物生长方面发挥重要作用。论文从活性硅促进组织结构发育、调节基因表达、增强抗氧化防御系统及建立重金属内部隔离等方面进行分析,阐述活性硅缓解植物重金属胁迫的生物学机制。建议针对硅材料的施加方式、自然条件下硅缓解复合重金属污染胁迫机制、硅材料在土壤中的老化机理等方面,系统开展长期田间实验,以阐明活性硅缓解植物重金属胁迫作用机制并应用于农田土壤重金属修复。     

AM真菌对重金属污染土壤生物修复的应用与机理

土壤重金属污染威胁人类健康和整个生态系统,而高效、低耗、安全的生物修复技术显示出了极大的应用潜力,特别是利用植物-微生物共生体增强生物修复效应的应用.丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizae,AM)真菌是一类广泛分布于土壤生态系统中的有益微生物,能与90％以上的陆生高等植物形成共生体.研究发现,AM真菌能够增强宿主植物对土壤中重金属胁迫的耐受性.当前,利用AM真菌开展重金属污染土壤的生物修复已经引起环境学家和生态学家的广泛关注.基于此,围绕AM真菌在重金属污染土壤生物修复作用中的最新研究进展,从物理性防御体系的形成、对植物生理代谢的调控、生化拮抗物质的产生、基因表达的调控等角度探究AM真菌在重金属污染土壤生物修复中的作用机理,以期为利用AM真菌开展重金属污染的生物修复提供理论依据,并对本领域未来的发展和应用前景进行了展望.     

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。     

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。     

过表达谷胱甘肽合成酶基因增强烟草对镉的耐受性

随着工业的发展,土壤污染问题愈发严重,利用基因工程修复土壤技术备受青睐,因此,开发重金属应答中的限速酶基因,将为植物修复重金属污染的土壤提供可应用的基因资源.通过RT-PCR及末端克隆方法获得枸杞谷胱甘肽合成酶 (Lycium chinense,Glutathione synthetase,LcGS>) 基因,采用半定量RT-PCR分析了枸杞LcGS在不同时间镉(Cd)胁迫下表达量的变化,LcGS表达量随着胁迫时间的延长而增强,胁迫9h、12h和24h 后LcGS表达量维持在较高水平.同时构建了植物双元表达载体pCAMBIA2300-LcGS,通过农杆菌介导的方法将LcGS基因转入烟草,PCR证明了LcGS基因成功整合到烟草基因组中,在Cd处理条件下,转基因植株谷胱甘肽 (glutathione,GSH)、植物螯合肽(phytochelatins,PCs)和叶绿素含量比对照组明显高,即转基因植株对重金属的耐逆性比对照组更强,因此,过表达GS植物将是植物修复重金属污染的一个有效策略.     

丛枝菌根对植物根际逆境的生态学意义

近年来,我国在菌根分子生物学、菌根营养学、菌根分类学和菌根生态学等方面取得了令人瞩目的研究成果,其中对丛枝菌根真菌(AMF)的研究居多。AMF能与大部分陆地植物根系形成共生关系,促进植物生长发育,提高植物抗逆性,在保持生态平衡、保护生态环境等方面发挥重要作用。本文主要从非生物胁迫(干旱胁迫、重金属污染、盐碱胁迫)和生物胁迫(致病菌和线虫侵染)方面介绍了AMF在植物根际逆境中发挥的生态功能及作用机制,提出了该研究领域尚存的不足之处和研究前景,为AMF后续研究提供参考。     

铅与盐胁迫对喜盐鸢尾生长及生理抗性的影响

采用液体培养研究Pb、NaCl单因子及复合胁迫对喜盐鸢尾(Iris halophilaPall.)的生长和生理变化的影响以及Pb在鸢尾植株不同部位的积累.结果显示,培养8 d后,随着Pb NaCl复合浓度的增加,喜盐鸢尾地上部和地下部干重下降;当Pb处理浓度提高,喜盐鸢尾地上部和地下部Pb含量显著增加,在5 mmol?L-1Pb 50mmol?L-1NaCl胁迫下,地上部Pb含量达到1 534μg?g-1,达到超富集植物的标准,但植株干重下降不显著;NaCl对Pb的吸收有一定促进作用.Pb、NaCl单因子或复合胁迫均增加了对喜盐鸢尾幼苗的伤害,在100 mmol?L-1NaCl及Pb和NaCl复合胁迫下,MDA含量和Pro含量显著增加,在10 mmol?L-1Pb、100 mmol?L-1NaCl及Pb和NaCl复合胁迫下SOD活性显著提高.结果表明,喜盐鸢尾具有一定的耐Pb和NaCl胁迫的能力,并对Pb具有潜在的超富集能力,是一种可用于修复Pb污染环境的Pb潜在超富集植物.     

印度梨形孢-植物共生关系的建立及共生体对重金属胁迫的响应

重金属污染土壤的治理一直是全球热点问题,植物-微生物联合修复技术因其高效、经济和减少二次污染而被广泛关注.印度梨形孢是一种能够与植物共生的真菌,它能够通过与植物建立共生关系的方式来提高宿主植物的生长和耐胁迫能力.本文系统总结了印度梨形孢-植物体共生关系的建立过程,以及重金属胁迫下共生体的生长、光合作用、抗性生理指标、防...     

植物种植修复土壤重金属污染的模式、技术与效果综述

重金属污染是当今土壤污染中污染面积最广、危害最大的环境问题之一,其中植物修复技术以其经济有效、不易产生二次污染且适于大面积土壤修复等优点越来越受到重视。因此,以植物修复技术对重金属污染修复的影响为研究内容,侧重研究桉树、白花泡桐、向日葵、毛白杨以及节节草等植物对土壤重金属污染修复的研究进展,以期为重金属污染修复技术的发展提供一定的理论基础和实践意义。     

重金属胁迫下内生菌对宿主植物的解毒机制

采用内生菌联合植物修复是土壤重金属污染修复理论研究和应用实践的新思路。较之根际促生菌,内生菌因生存环境稳定且与植物联系更加紧密,在实际应用中具有更大价值。在重金属胁迫下,部分具有特定功能的细菌可进入植物体内成为内生菌,这些内生菌通常在重金属吸收、耐受和解毒方面具有优良的特性,而且可以协同宿主植物耐受重金属胁迫,表现在直接或间接降低植物体内重金属胁迫强度和提高植物本身对重金属的耐受性两方面。系统分析了内生菌对宿主植物的解毒机制,综述了近年来内生菌增强植物重金属耐受性的研究,展望了重金属胁迫下植物和内生菌互作机制的研究思路和方向。     

植物响应镉胁迫的生理生化机制研究进展

镉(Cd)是一种分布广泛且污染严重的重金属;其毒性大,不仅影响植物的生长发育,而且危害人类健康。该文对植物Cd胁迫的生理生化响应方面的最新研究进展进行了总结概括。从植物光合系统、活性氧、活性氮、抗氧化防御系统、激素、钙信号、蛋白和基因等方面,概述了植物对Cd胁迫的响应及应答机制,探讨了植物对Cd胁迫响应机制的研究方向,...     

豆科植物修复土壤重金属污染研究进展

随着经济的发展, 生态环境污染日趋严重, 其中土壤重金属污染成为一个突出问题。利用植物修复土壤重金属污染是当前环境科学和生态学领域的研究热点之一。采用根瘤菌-豆科植物共生体系修复土壤重金属污染是一种有效的植物修复方法, 它不仅可以利用根瘤菌与豆科植物互利共生的优势来抵抗重金属胁迫, 而且其固氮作用有助于提高土壤养分。通过文献检索分析, 收集整理了我国现已发现的具有土壤重金属污染修复潜力的豆科植物, 并对根瘤菌修复土壤重金属污染的机理以及根瘤菌-豆科植物共生体系修复土壤重金属污染的研究进展进行了综述, 以期为今后利用根瘤菌-豆科植物共生体系修复土壤重金属污染的研究和实践提供参考。     

植物响应Cd胁迫研究进展

镉(Cd)是一种毒性极强的重金属污染物,位于土壤无机污染物首位。Cd因具有强流动性和溶解性而容易被植物体吸收,不仅影响植物正常生理代谢并降低作物品质,还能通过食物链的传递和富集危害人体健康,因此植物对Cd胁迫的响应机制已成为研究的热点。本文综述了Cd胁迫对植物生理代谢和分子层次危害的同时,总结了植物在Cd胁迫下进化出的耐受性机制,以期为培育低积累作物和超积累Cd污染土壤修复植物提供理论依据。     

Interactions between invasive plants and heavy metal stresses: a review

入侵植物与重金属胁迫的相互作用研究进展 全球变化改变了植物群落的分布格局,包括入侵植物,而人为污染可能降低本地植物对入侵植物的抗性。因此,本文总结了近几十年本地植物、入侵植物和植物-土壤生态系统中重金属生物地球化学行为的研究,以加深我们对入侵植物与环境胁迫因子相互作用的认识。我们的研究结合已有文献报道表明：(i)入侵物种对环境胁迫的影响具有异质性, (ii)影响的大小是多变的, (iii)即使在同一影响类型内,影响类型也具有多向性。然而,入侵植物暴露在重金属环境中表现出更强的自我保护机制,对重金属的生物可利用性和毒性有正向或负向的影响。另一方面,由于入侵植物普遍具有较高的耐受性,加之本地植物暴露于有毒重金属污染时具有“逃逸行为”,重金属胁迫环境更有利于植物的成功入侵。但是,对于入侵植物的重金属等元素组成是否与污染地区的本地植物不同,目前尚无共识。因此,在全球范围内对外来入侵植物与本土植物的植物体内、凋落物和土壤污染物含量进行定量比较是今后研究的一个重要方向。     

基于菌植互作的植物根际细菌钝化镉作用和机制研究进展

土壤重金属镉(Cd)污染严重危害农产品安全生产,植物根际细菌在钝化土壤Cd和帮助作物抵御Cd胁迫方面发挥重要作用。本文首先概括在修复Cd污染土壤中得到广泛应用的植物根际细菌种类,并从根际细菌直接吸附Cd、调整土壤理化特性、调控土壤微生物群落和其他作用4方面阐述了植物根际细菌对Cd的钝化作用,其次从菌植互作角度阐述植物根系分泌物与根际细菌群落相互影响对土壤Cd的钝化作用。最后展望重金属胁迫下植物根际钝化Cd核心菌群的构建,以在新兴学科与技术的快速发展中探明植物根系-微生物互作体系的分子机制,深入开展植物根际细菌钝化修复重金属污染土壤的理论研究和实践。     

丛枝菌根真菌在寄主植物抵御生物和非生物胁迫中的作用

丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza fungi,AMF)是生态系统中普遍存在的土壤微生物,能与绝大多数植物形成共生关系,它在寄主植物抵御生物和非生物胁迫中所起的作用逐渐引起国内外学者的关注.论文综述了丛枝菌根真菌在植物抵御非生物胁迫(重金属污染、有机污染、盐胁迫和干旱胁迫)以及生物胁迫(致病菌和线虫侵染)中的作用,并在此基础上提出了未来该领域值得进一步研究的方向.     

几种重金属(Pb、Zn、Cd、Cu)的超富集植物种类及增强植物修复措施研究进展

近年来土壤重金属污染问题越来越严重, 植物修复技术以其安全、廉价的特点正成为研究和开发的热点, 国内外对利用超富集植物来修复土壤重金属污染的研究已有大量报道。对超富集植物概念的提出及超富集植物吸收富集重金属的机理进行了归纳总结, 主要就铅、锌、镉和铜四种重金属超富集植物的相关研究进展进行了分类、归纳与总结, 同时还对增强植物修复效果的措施进行了探讨, 以期为进一步合理有效利用植物修复土壤主要重金属污染提供一定的参考依据。     

植物螯合肽及其在重金属耐性中的作用

综述植物螯合肽的生物合成及其在重金属耐性中的作用．有毒重金属在土壤中的积累不仅影响作物的生长和产量形成,而且严重威胁农产品的安全性．植物对重金属的耐性和积累在种间和基因型之间存在着很大的差异,在重金属胁迫条件下植物螯合肽(PC)的合成是植物对胁迫的一种适应性反应,耐性基因型合成较多的PC谷胱苷肽是合成PC的前体,PC可与重金属螯合,并进一步转运至液泡贮存,使细胞质的重金属浓度降低,从而达到解毒效果．重金属诱导植物合成PC的遗传机理和生化途径有赖于分子生物学的深入研究,cD-敏感型拟南芥突变体Cad1-1(缺失GSH)和Cad2-1(缺失PC合成诱导酶)的分离及相关研究,佐证了PC在Cd-解毒中起关键作用．对PC在重金属污染土壤或水体的植物修复和农作物安全生产中的意义进行了讨论．     

盐角草在Cd、Pb、Li污染盐土修复中的应用潜力

滩涂和内陆盐碱地是重要的后备土地资源。近年来镉(Cd)、铅(Pb)等土壤重金属和锂(Li)污染对盐碱地开发利用和生产安全造成严重威胁。利用盐生植物修复污染盐土是最经济有效的方法。本研究以盐生植物盐角草SalicorniaeuropaeaL.为材料,采用盆栽方式,通过比较分析盐角草在不同浓度Cd(0-50mmol/L)、Pb(0-50 mmol/L)和Li(0-400 mmol/L)处理下的生长和生理生化指标及离子含量的变化,研究盐角草对3种金属污染物胁迫的耐性及积累特性,以期探讨盐角草在Cd、Pb、Li污染盐土修复中的应用潜力。结果显示,随着Cd、Pb处理浓度升高,盐角草的株高、鲜重和干重均显著下降。低浓度Li(≤20 mmol/L)处理促进盐角草的生长,而高浓度Li(≥20mmol/L)处理则抑制植物生长。盐角草对Cd、Pb、Li的耐受性顺序为Li>Pb>Cd。Cd、Pb、Li胁迫可能降低了盐角草对Na和K的吸收与转运而影响植株的生长。另一方面,盐角草抗氧化酶系统对Cd、Pb、Li胁迫表现出不同的响应机理,多种抗氧化物酶协同作用,抵制Cd、Pb、Li胁迫造成的氧化毒害。盐角草根和地上部分Cd、Pb、Li含量随着处理浓度的升高而增加,其中Cd和Pb的分布特征为根>地上部分,Li的分布特征为地上部分>根。研究结果表明盐角草对Cd、Pb、Li的胁迫均具有较强的耐受性与自我调节能力,且具有富锂特性,具备修复Cd、Pb、Li污染盐土的潜力。本研究为深入研究盐角草耐受Cd、Pb、Li胁迫的机制奠定了基础,揭示了利用盐角草修复高盐碱土壤中Cd、Pb、Li污染的应用潜力。