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。     

植物内生菌的功能研究进展

植物内生菌是一类种类丰富、生物学功能多样的微生物。由于它们与宿主植物长期进化,有了一些特殊的生物学功能。综述了内生菌的系列生物学功能,包括产生活性物质、固氮功能、促进植物生长、增强宿主植物抗性、他感作用、作为外源基因载体等,并总结了内生菌研究中要注意的方面。     

植物内生菌增强植物对生物胁迫抗性的研究进展

植物在生长发育过程中因遭遇多种逆境的威胁而出现营养流失、产量大幅下降等问题，而使用传统的化学农药调控植物抗逆作用会对环境造成严重污染甚至危及人类健康，因此需要从天然成分中寻找合适的农药代替品。生活在每种植物体内的内生菌几乎都是植物微生态系统中的天然成分，因其特殊的生态位而可能对植物具有更加积极和直接的影响。然而目前，关于内生菌在提高宿主生物胁迫抗性等方面的作用机制还知之甚少。该文就植物内生菌的来源、多样性和对生物胁迫的抗性展开叙述。首先，总结了植物内生菌传播的主要方式，即水平传播和垂直传播；其次对内生菌种类的多样性以及在植物中的分布多样性进行了归纳与分析；最后，详细阐述了植物内生菌增强植物对生物胁迫应激耐受性(抗致病菌病害、抗虫害)的基本特点与作用机制，即植物内生菌可利用生态位竞争或营养位竞争产生的诱导抗性遏制病原菌感染，或合成抗生素类、生物碱类、几丁质类等次生代谢产物抑制病原菌或线虫的生长，从而防治病虫害。此外，基于内生菌增强植物生物胁迫抗性的研究现状进行了展望，为更加环保的生物防治制剂的开发与利用提供了参考。     

药用植物内生菌对宿主植物促生作用机制研究进展

植物内生菌是一类能够代谢产生新颖生物分子和多种酶类的重要微生物资源,在农业、植保、制药等领域具有广阔的应用前景。了解内生菌与药用植物间相互关系是当前促进药用植物生长和提升药材品质的重要途径。植物内生菌资源具有丰富的多样性,对宿主植物生长发挥着重要功能,如固氮、溶磷、产生铁载体、分泌植物激素吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)、产生ACC脱氨酶(1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase)、增强宿主抗逆性、产生次生代谢产物等。本文通过相关文献回顾,聚焦内生菌与药用植物间的关系,着重探讨药用植物内生菌对宿主植物的促生作用机制,展望新技术在植物内生菌研究方面的应用,以便有效利用分子手段阐明内生菌对药用植物的促生长作用,为其在相关领域的应用提供理论参考。     

宿主菌抗噬菌体机制的研究进展

噬菌体又称细菌病毒,是公认最丰富的微生物,也是最多样性的,这种多样性是适应所面对选择性压力例如普遍存在宿主菌的噬菌体抗性机制。噬菌体通过6步(吸附、注入、复制、转录翻译、组装和释放)侵入细菌并使之裂解,但是当噬菌体感染细菌,就会面临细菌抗噬菌体的机制,宿主菌能够进化出多种抗噬菌体的机制来避免噬菌体的侵染和裂解。本文就对宿主菌抗噬菌体各种机制作一综述。     

内生菌对提高植物抗盐碱性的研究进展

土壤盐碱化是制约我国农作物产量的主要因素之一。如何增强农作物的抗盐碱特性,已成为我国农业持续高效发展的重大课题。植物内生菌存在于植物内部,在增强植物抗病、抗虫、抗旱等胁迫能力方面具有一定作用。内生菌与植物共生关系对植物的显著影响这一现象引起了国内外学者的广泛关注。主要综述植物内生菌的多样性,并从植物的ROS清除系统、细胞中渗透调节物质、矿质元素吸收以及光合作用等方面来说明内生菌对植物耐盐碱能力的影响。     

植物内生菌研究进展

内生菌由于生长于植物体内且不引起植物病害所以不易被发现,它是一类具有高实用价值的植物内生微生物。经过人们的不断研究,越来越多的植物内生菌被发现,其活性代谢产物的优势也得到了更多研究者的认可。综述了国内外有关植物内生菌研究的主要成果和进展,并从植物内生菌的发现、研究历史、多样性、生理生化特性以及植物内生菌与宿主植物间的作用关系等多个层次进行了概述,以期为植物内生菌相关研究提供参考。     

植物修复重金属污染及内生细菌效应

土壤和水体的重金属污染已严重危害人类生存环境与健康。由于受重金属污染的环境分布广泛,迫切需要开发经济的清除环境重金属的技术。植物修复是通过绿色植物降解或移除环境污染物,有望成为重金属污染环境的原位修复技术。植物内生菌是指定殖于健康植物的各种组织和器官内部的细菌,被感染的宿主植物不表现出外在病症,耐重金属的内生菌在多种超富集植物中存在。在植物修复过程中,野生型内生菌或基因工程内生菌的抗性系统能降低重金属植物毒性,促进其迁移金属。耐重金属内生菌还可以通过固氮、溶解矿物元素及产生类植物激素、铁载体和ACC脱氨酶等产物促进植物的生长。主要综述目前植物-内生菌相互作用及其潜在的促进植物修复重金属污染的研究进展。     

内生菌协同宿主植物修复土壤复合污染的研究进展

土壤复合污染日益严重,危及植物生长及人类发展,寻找修复土壤复合污染的有效方法已经成为环境领域的优先事项。复合污染指同一环境中存在两种或两种以上的污染物,分为复合重金属污染、复合有机污染物污染及重金属-有机污染物复合污染。近些年发现内生菌能定殖在植物中,并且被感染的植物不会引起任何外在病症,其主要通过促进宿主植物生长,改变植物摄取污染物能力和酶促降解污染物等方法增强植物修复能力。本文综述了具有复合重金属和复合有机污染抗性的内生菌种类及其作用机制,并展望了内生菌协同宿主植物修复环境中复合污染物的研究方向。     

植物内生菌研究进展及其存在的问题

植物内生菌是一个多样性十分丰富的微生物类群 ,分布于没有外在感染症状的健康植物组织内 ,并与宿主植物协同进化 ,其存在和作用长期以来一直为人们所忽视。随着研究领域的不断拓宽和研究方法的不断深入 ,植物内生菌的生态和生理作用及其作为潜在的生防资源和外源基因载体 ,在农业和医药领域中的巨大应用潜力 ,已逐渐成为国内外研究的热点。本文综述了近 10年来国内外植物内生菌研究的概况和最新进展 ,并对该研究领域中存在的若干问题进行了探讨。     

Mechanisms of metal resistance in plants: aluminum and heavy metals

Plants have evolved sophisticated mechanisms to deal with toxic levels of metals in the soil. In this paper, an overview of recent progress with regards to understanding fundamental molecular and physiological mechanisms underlying plant resistance to both aluminum (Al) and heavy metals is presented. The discussion of plant Al resistance will focus on recent advances in our understanding of a mechanism based on Al exclusion from the root apex, which is facilitated by Al-activated exudation of organic acid anions. The consideration of heavy metal resistance will focus on research into a metal hyperaccumulating plant species, the Zn/Cd hyperaccumulator, Thlaspi caerulescens, as an example for plant heavy metal research. Based on the specific cases considered in this paper, it appears that quite different strategies are used for Al and heavy metal resistance. For Al, our current understanding of a resistance mechanism based on excluding soil-borne Al from the root apex is presented. For heavy metals, a totally different strategy based on extreme tolerance and metal hyperaccumulation is described for a hyperaccumulator plant species that has evolved on naturally metalliferous soils. The reason these two strategies are the focus of this paper is that, currently, they are the best understood mechanisms of metal resistance in terrestrial plants. However, it is likely that other mechanisms of Al and/or heavy metal resistance are also operating in certain plant species, and there may be common features shared for dealing with Al and heavy resistance. Future research may uncover a number of novel metal resistance mechanisms in plants. Certainly the complex genetics of Al resistance in some crop plant species, such as rice and maize, suggests that a number of presently unidentified mechanisms are part of an overall strategy of metal resistance in crop plants.     

有机酸在植物对重金属耐性和解毒机制中的作用

植物对重金属的耐受和解毒机制可分为外部排斥和内部耐受两大类。该文综述了有机酸作为一类金属配位体, 在植物对重金属的这两大类机制中的重要作用。在重金属的外部排斥过程中, 植物根系分泌有机酸, 与金属离子形成稳定的金属配位体复合物, 改变重金属的移动性和生物可利用性, 阻止金属离子进入植物体内或避免其在根部敏感位点累积。此外, 有机酸还可与进入植物体内的金属离子螯合, 使其转化为无毒或毒性较小的结合形态, 缓解重金属的毒害效应, 实现植物对重金属的内部耐受。     

畜禽养殖废物中抗生素和重金属抗性基因的产生机制和控制方法研究进展

动物饲料中常混有抗生素和重金属,导致外排的动物粪便中携带有抗生素和重金属,引发细菌产生耐药性和重金属抗性,继而产生抗生素抗性基因和重金属抗性基因。抗生素和重金属抗性基因污染已成为威胁人类身体健康及破坏生态环境的重大问题。本文从细菌进化的角度,明确了细菌的抗生素和重金属长期进化试验对抗性机制研究的重要性;抗生素抗性基因与重金属抗性基因间存在复杂的协同选择抗性,两者间相互影响,共同决定着细菌环境行为;抗性基因的水平转移增加了细菌在环境中的可变性,可移动遗传元件在抗性基因水平转移中发挥着重要作用。在抗性基因污染控制方面,高级氧化技术具有很好的抗性基因去除效果,尤其是UV/TiO₂氧化技术,能使抗生素抗性基因丰度减少4.7～5.8 log,减少率大于99.99%。其他的控制策略,如抗生素替代品博落回提取物以及噬菌体与抗生素结合使用,对于抗性基因的控制也具有重要意义。     

植物重金属超富集机理研究进展

植物超富集重金属机理主要涉及植物对金属离子高的吸收、运输能力,区域化作用及螯合作用等方面,其中跨膜运载蛋白的表达、调控对重金属超富集这一特性起了关键作用。金属阳离子运载蛋白家族主要包括CDF家族、NRAMP家族和ZIP家族等,在超富集植物中已克隆出多个家族的金属运载蛋白基因,这些基因的过量表达对重金属在细胞中的运输、分布和富集及提高植物的抗性方面发挥了重要作用。综述了近年来研究重金属超富集植物吸收、转运和贮存Zn、Ni、Cd等重金属的生理和分子机制所取得的主要进展。     

食用菌生物修复重金属污染研究进展

生物修复是利用生物体及其衍生物对重金属进行吸收/吸附来处理环境中重金属污染的方法,具有成本低、来源广、无二次污染等特点.食用菌富集重金属是生物修复的一个重要研究方向,食用菌修复作用主要通过对重金属的吸收来降低其生态毒性,从而对重金属污染起到一定的修复作用.本文论述了食用菌对重金属Cu、Cd、Pb、Zn、As、Cr的富集作用,揭示了食用菌富集重金属的可能机理,并对采用食用菌富集重金属以治理环境污染的前景进行了展望.     

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。     

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。     

Development of a hydroponic screening technique to assess heavy metal resistance in willow (Salix)

A nutrient thin film hydroponic system has been developed which allows rapid screening of willow (Salix) clones for their resistance to heavy metals, and hence their use in phytoremediation. Two clones known to be different in their resistance to heavy metals (Salix burjatica (Germany) and S. triandra x viminalis (Q83)), could be distinguished on the basis of leaf biomass, root biomass and stem height after 6 weeks. There were also differences in the uptake of heavy metals between the two clones.     

鱼类对重金属胁迫的分子反应机理

水体中浓度超标的重金属对鱼类的正常生命活动产生了严重影响,甚至导致鱼类的死亡.鱼体受重金属离子胁迫时体内会产生一系列相关基因的表达变化,并合成相关的蛋白和酶,如热激蛋白、金属硫蛋白、转运铁蛋白、谷胱甘肽转移酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等以应对重金属对机体产生的危害.这是生物体对环境的一种应激保护性反应,是生物体对周围环境中过量重金属的一种防御性机制.通过鱼类在重金属胁迫下组织中相关基因的表达可以从分子水平上来阐述有毒物质对鱼体产生的影响.综述了重金属离子胁迫下鱼类机体的分子反应机理.     

植物重金属转运蛋白P_(1B)-ATPase结构和功能研究进展

植物调节体内重金属的累积量以维持自身生存,其中,金属阳离子转运蛋白发挥了关键作用。P1B-ATPase是在生物中广泛存在的P-ATPase中的一个亚族,也是P-ATPase多个亚族中唯一参与重金属稳态的转运蛋白。拟南芥中共发现8个P1B-ATPase。研究表明,P1B-ATPase在植物体内具有维持金属的稳态、转运以及金属解毒的功能;与金属离子在根部区域的活化、吸收、地上部分的运输、贮存,以及植物对重金属的耐受性均相关。以下综述了P1B-ATPase的进化分类、结构特征以及功能方面的最新研究进展,并展望了其在植物修复领域的应用前景。