一种新的铅富集植物--富集生态型东南景天

对浙江一古老铅锌矿区的土壤和植物种群进行调查后发现一种新的具有耐铅特性和铅富集能力的植物--景天科景天属东南景天(Sedum alfredii Hance),称为铅富集生态型植物.进一步比较和分析了不同浓度硝酸铅处理对富集和非富集生态型东南景天的生长及其对铅的吸收特性的影响.结果表明, 320 mg Pb/L处理对富集生态型的地上部分生长无显著影响,而非富集生态型在20 mg Pb/L时即出现受害症状.富集和非富集生态型的地上部分铅含量、根系铅含量以及单株铅积累速率均随处理浓度的增加而表现出先升后降的变化趋势.其中富集生态型的地上部分铅含量、根系铅含量以及单株铅积累速率最高可达到514 mg/kg、13 922 mg/kg和8.62 μg/plant/d,分别是非富集生态型的2.27、2.62和7.16倍.由于具有生长速度快和高积累铅的能力,从植物修复的观点来说,东南景天铅富集生态型在铅污染土壤的修复方面具有巨大的潜力.     

超积累生态型东南景天吸收锌的特性

采用水培和盆栽方法研究超积累生态型东南景天吸收锌的特征。在水培条件下,1μmol·L-1Zn处理,根系Zn含量随着处理时间的增加而缓慢增加,叶片和茎Zn含量在处理2d后达到最大值,随着培养时间的延长,其含量略有下降。500μmol·L-1Zn处理水平下,叶片和茎Zn含量随着处理时间的增加而增加,处理16d后基本上达到稳定,根系Zn含量在0～16d增加缓慢,但处理16d后急剧上升。当溶液Zn浓度为1～500μmol·L-1,叶片和茎Zn含量随营养液中Zn浓度的增加而增加,而根系Zn含量增加缓慢;当溶液Zn≥1000μmol·L-1时,叶片和茎Zn含量急剧下降,而根系Zn含量迅速增加。盆栽条件下,当土壤Zn含量较低时时,土壤Zn促进东南景天的生长。5月13日和7月21日收获的植株地上部的干物质量分别在400mg·kg-1(0.71g盆-1)和800mg·kg-1(1.45g盆-1)处理达到最大值。但当土壤Zn添加量≥1600mg·kg-1时,植物的生长受到抑制。随着土壤中Zn添加量的增加,东南景天地上部Zn浓度变化趋势基本上与其生物量的变化一致。5月13日收获时,当土壤Zn添加量≤1600mg·kg-1,地上部Zn含量随着土壤Zn浓度的增加而增加,在1600mg·kg-1处理达到最大值,约为17000mg·kg-1(DW)。7月21日收获的结果显示,当土壤Zn添加量≤800mg·kg-1,地上部Zn含量随着土壤Zn浓度的增加而增加,最大值为29000mg·kg-1(DW);但当土壤Zn添加量≥1200mg·kg-1时,地上部Zn含量反而随着土壤Zn含量的增加而显著降低。     

重金属超富集植物东南景天毛状根的诱导

为建立重金属超富集植物东南景天(Sedum alfredii)的毛状根诱导体系,采用发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)A4侵染叶片,研究了预培养时间、侵染时间和共培养时间对毛状根诱导率的影响。结果表明,东南景天叶片外植体的预培养时间为48 h、农杆菌侵染时间为6 min、共培养时间为48 h是适宜的毛状根诱导时间,毛状根的诱导率可达85%。PCR检测表明诱导的毛状根中存在rol B基因片段。这是东南景天首次建立用发根农杆菌诱导毛状根体系。     

镉对超积累和非超积累生态型东南景天内生细菌多样性的影响

重金属胁迫对植物内生细菌群落结构的影响在很大程度上是未知的,目前也很少有研究超积累植物内生细菌的群落结构与多样性对根际土壤中重金属的响应。【目的】探索在不同镉污染水平下,超积累(HE)和非超积累生态型(NHE)东南景天的根系、茎和叶片中内生细菌的群落结构与多样性的变化及其差异性,试图从植物-内生菌之间的相互关系的角度补充解释2种生态型东南景天对有效态镉忍耐和积累能力的差异。【方法】采用Illumina新一代测序方法分析了在不同Cd~(2+)浓度土壤上生长的2种生态型东南景天根、茎和叶中的内生细菌群落结构。【结果】高浓度Cd~(2+)抑制NHE东南景天的生长,内生细菌的丰富度和多样性也降低;然而,高浓度Cd~(2+)促进HE东南景天的生长,茎和根系内生细菌的丰富度增加。在3种土壤上,2种生态型东南景天叶片、茎和根系内生细菌均以变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria)占优势。随着土壤中Cd~(2+)浓度的增加,HE东南景天叶片中Gammaproteobacteria纲、Negativicutes纲和Clostridia纲的相对丰度显著增加,茎中Alphaproteobacteria纲的相对丰度显著增加,Clostridia纲的相对丰度显著减少;NHE东南景天叶片中Alphaproteobacteria纲、Gammaproteobacteria纲和Clostridia纲的相对丰度没有显著变化,茎中Negativicutes纲的相对丰度显著减少,根系中Betaproteobacteria纲和Clostridia纲的相对丰度显著减少,Negativicutes纲却显著增加。在高Cd~(2+)污染土壤(50mg/kg)上,HE东南景天叶片中Sphingomonas属和茎中Veillonella属的相对丰度均大于NHE,且HE东南景天根系内生细菌的第一、第二、第三优势菌Veillonella、Sphingomonas、Prevotella属细菌均没有出现在NHE东南景天根系。【结论】土壤Cd~(2+)污染水平对2种生态型东南景天叶、茎、根中的内生菌群落结构有显著影响。     

超积累和非超积累生态型东南景天茎、叶内生细菌多样性分析

【目的】探究和比较超积累和非超积累生态型东南景天茎、叶微生物群落结构的异同。【方法】采用高通量测序技术研究野外两种生态型东南景天茎和叶片的内生细菌群落结构。【结果】4个样品总共得到366 783条有效序列和39 948个OTU(97%相似度)。从Shannon指数得知:两种生态型东南景天叶片内生菌的多样性均高于茎;超积累生态型东南景天叶片内生菌的多样性高于非超积累生态型,但非超积累生态型东南景天茎组织中内生菌多样性高于超积累生态型东南景天。超积累生态型东南景天的叶片和茎中的内生菌分别包括26和21个门,123和117个科;非超积累生态型东南景天叶片和茎中的内生菌分别包括43和22个门,175和83个科,4个样品的优势菌群均为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)和蓝藻细菌门(Cyanobacteria)。在属分类水平上,超累积生态型东南景天叶片和茎第一优势菌属分别为Synechococcus和Plesiomonas;非超积累生态型东南景天叶片和茎组织第一优势菌群分别为Pseudomonas和Dechloromonas。【结论】两种生态型东南景天的叶片和茎中均具有丰富的内生细菌,但超积累生态型东南景天叶片内生菌多样性最大,且存在一些独有的功能菌群。     

镉在东南景天中的亚细胞分配

采用差速离心技术,比较研究了Cd在矿山生态型东南景天(Sedum alfredii Hance)根、茎、叶中的亚细胞分布.结果表明:矿山生态型东南景天对Cd具有很好的忍受耐和累积能力,非矿山生态型东南景天则不具有这种能力.Cd在矿山生态型东南景天根、茎、叶各部分的亚细胞分配满足F1(细胞壁部分)>F3(可溶部分)>F2(细胞器及膜)规律,且Cd在细胞壁部分的分配占绝对优势;同时矿山生态型东南景天地上部有很好的Cd累积能力.与众多超累积植物相似的Cd亚细胞分配规律和地上部的良好的Cd累积能力.对此植物的Cd亚细胞分布完全不同于非矿山生态型东南景天的情况作了比较分析,结果显示矿山生态型东南景天很可能是一种新的镉超累积种质资源.     

古老铅锌矿区生态型东南景天对锌耐性及超积累特性的研究

 植物长期生长在重金属污染的生境中,逐渐进化成不同的生态型。通过调查中国东南部古老Pb/zn矿和非矿山生境中的植物种群,发现生长在古老Pb／Zn矿的东南景天(Sedum alfredii Hance)是一种新的Zn超积累植物。在自然和控制条件下,古老Pb／Zn矿生态型比非矿山生态型植株的茎粗、叶片大、植株高。在矿山土壤Zn有效含量为105.5～325.4mg·kg-1时,矿山生态型东南景天植株地上部Zn含量为4134～5000mg·kg-1;当营养液中Zn浓度为1223.6μmol时,其Zn含量高达2％。在相同Zn浓度下,矿山生态型地上部Zn含量比非矿山生态型高30倍左右。两种生态型体内Zn分布也不同,古老铅锌矿山生态型的不同器官中Zn含量以茎>叶片>根系,而非矿山生态型则以根系>茎>叶片。古老铅锌矿山生态型地上部积累的Zn占植株总积累量的90％以上,其中叶片和茎分别占41.66％±5.46％和54.75％±5.87％;非矿山生态型各器官中积累的Zn远远低于古老铅锌矿山生态型,各器官中积累的Zn以茎>根系>叶片。本研究表明,这两种生态型东南景天的发现,为今后探讨植物耐高Zn胁迫和超积累Zn的微进化过程提供了非常有价值的材料,也为Zn污染土壤的植物修复提供了一种很有潜力的候选材料。     

不同生态型东南景天对土壤中Cd的生长反应及吸收积累的差异性

 采用盆栽方法研究了两种生态型东南景天(Sedum alfredii)对土壤中不同含量Cd(即对照, 12.5, 25, 50, 100, 200, 300, 400 mg&;#8226;kg^－1)的生 长反应、吸收和积累Cd的差异性。结果表明,土壤添加重金属Cd后,矿山生态型东南景天生长正常,地上部和根系Cd含量随着土壤中Cd含量的 增加而增加,在400 mg&;#8226;kg^－1 Cd处理下含量分别高达2 900和500 mg&;#8226;kg^－1,其地上部显著大于根部;然而,土壤添加Cd后,非矿山生态型东 南景天的生长受到抑制,地上部和根部的生物量显著降低。当土壤Cd含量为50～100 mg&;#8226;kg^－1 时,非矿山生态型东南景天的地上部和根系Cd含 量随着土壤中Cd含量的增加而增加,而且根系Cd含量则大于地上部。当土壤Cd≤50 mg&;#8226;kg^－1时,矿山生态型东南景天根系Cd含量比非矿山生态 型高 ,但当土壤Cd≥100 mg&;#8226;kg^－1,两者之间无显著差异;然而,但在同一Cd处理水平下,矿山生态型东南景天地上部Cd含量总是高于非矿山 生态型。这些结果表明,矿山生态型东南景天有很强的忍耐和吸收土壤Cd的能力,再次证明其为一种Cd超积累植物。     

古老铅锌矿山生态型东南景天对锌耐性及超积累特性的研究

植物长期生长在重金属污染的生境中,逐渐进化成不同的生态型.通过调查中国东南部古老Pb/Zn矿和非矿山生境中的植物种群,发现生长在古老Pb/Zn矿的东南景天(Sedum alfredii Hance)是一种新的Zn超积累植物.在自然和控制条件下,古老Pb/Zn矿生态型比非矿山生态型植株的茎粗、叶片大、植株高.在矿山土壤Zn有效含量为105.5～325.4 mg·kg-1时,矿山生态型东南景天植株地上部Zn含量为4134～5000 mg·     

镉在东南景天中的亚细胞分配

采用差速离心技术,比较研究了Cd在矿山生态型东南景天(Sedum alfredii Hance)根、茎、叶中的亚细胞分布。结果表明:矿山生态型东南景天对Cd具有很好的忍受耐和累积能力,非矿山生态型东南景天则不具有这种能力。Cd在矿山生态型东南景天根、茎、叶各部分的亚细胞分配满足F1(细胞壁部分)>F3(可溶部分)>F2(细胞器及膜)规律,且Cd在细胞壁部分的分配占绝对优势;同时矿山生态型东南景天地上部有很好的Cd累积能力。与众多超累积植物相似的Cd亚细胞分配规律和地上部的良好的Cd累积能力。对此植物的Cd亚细胞分布完全不同于非矿山生态型东南景天的情况作了比较分析,结果显示矿山生态型东南景天很可能是一种新的镉超累积种质资源。     

东南景天对锌、镉复合污染的反应及其对锌、镉的吸收和积累特性

东南景天(Sedum alfredii Hance)已被鉴定为一种中国原生的新的锌超积累植物。 本文主要研究了锌(Zn)、镉(Cd)复合处理水平对东南景天的生长及其对锌、镉的吸收积累特性的影响。 结果表明,在Zn/Cd复合水平为500/100 祄ol/L时,植物生长最佳。Zn/Cd在东南景天叶片、茎部和根系中含量随着Zn/Cd处理水平的提高而增高。在Zn/Cd 复合水平为50/400 祄ol/L时茎叶中Cd含量达最高,其中叶片Cd含量达12.1 g/kg;在Zn/Cd 复合水平为1 000/50 祄ol/L时茎叶中Zn含量达最高, 其中茎中Zn含量达 23.2 g/kg。 植株各部位Cd含量的分布为:叶片>茎>>根系,而Zn在体内的分布为: 茎>叶片>>根系。 Zn、Cd在地上部和根部的积累量也随着处理水平的提高而增加,分别在Zn/Cd复合水平为250/400和500/100 祄ol/L下达高峰值。 东南景天地上部积累最高Zn和Cd的量分别达11和5 g/plant, 其比根系的积累量分别大10和25余倍。 Zn、Cd对东南景天的生长、吸收积累的相互作用依赖于Zn/Cd复合水平和植物部位。 在适宜Zn/Cd 处理水平范围内,Zn和Cd的吸收和积累具有相互促进作用。 高Zn或高Cd处理均抑制了植物对Zn和Cd的吸收和积累。 本研究结果表明,东南景天不仅具有忍耐高Zn/Cd复合污染,而且具有超量积累Zn和Cd的特异能力。 它为进一步研究植物Zn、Cd     

Identification of root exudates from the Pb-accumulator Sedum alfredii under Pb stresses and assessment of their roles

The Pb-accumulator Sedum alfredii is a good phytoremediation material, and widely used in the phytoremediation research of soils contaminated with Pb. The root exudates from it may be playing a significant role in the process of phytoremediation. In this study, the metabonomics method which based on gas chromatography–mass spectrometry (GC–MS) and pattern recognition analysis was used to identify the remarkable root exudates from S. alfredii under different Pb stresses, including exposure concentrations (0, 10, 50, 200 and 1000?µmol/L) and times (4 and 8 days). And batch extraction experiments were used to verify the roles of these remarkable root exudates. According to the results, 11 metabolites were considered as the remarkable metabolites. Oxalic acid, galactonic acid and glyceric acid can remove Pb in soil, and the removal effect was: oxalic acid?>?galactonic acid?>?glyceric acid. Xylose, glucose and maltose have no removal effect for Pb in soil.     

Root Morphology and Zn2+ Uptake Kinetics of the Zn Hyperaccumulator of Sedum alfredii Hance

Root morphology and Zn2 uptake kinetics of the hyperaccumulating ecotype (HE) and nonhyperaccumulating ecotype (NHE) of Sedum alfredii Hance were investigated using hydroponic methods and the radiotracer flux technique. The results indicate that root length, root surface area, and root volume of NHE decreased significantly with increasing Zn2 concentration in growth media, whereas the root growth of HE was not adversely affected, and was even promoted, by 500 μmol/L Zn2 . The concentrations of Zn2 in both ecotypes of S. alfredii were positively correlated with root length, root surface area and root volumes, but no such correlation was found for root diameter. The uptake kinetics for 65Zn2 in roots of both ecotypes of S. alfredii were characterized by a rapid linear phase during the first 6 h and a slower linear phase during the subsequent period of investigation. The concentration-dependent uptake kinetics of the two ecotypes of S. alfredii could be characterized by the Michaelis-Menten equation, with the Vmax for 65Zn2 influx being threefold greater in HE compared with NHE, indicating that enhanced absorption into the root was one of the mechanisms involved in Zn hyperaccumulation. A significantly larger Vmax value suggested that there was a higher density of Zn transporters per unit membrane area in HE roots.     

Cleaning up of heavy metals-polluted water by a terrestrial hyperaccumulator Sedum alfredii Hance

Sedum alfredii Hance is a terrestrial zinc/cadmium （Zn/Cd）-hyperaccumulating and lead （Pb）-accumulating plant. Previous studies on S. alfredii were mostly focused on its physiological mechanism of heavy metal uptake and the application in phytoextraction of metals from contaminated soils. In this study, we evaluated the application potential of S. alfredii in the cleanup of heavy metals from contaminated lake water. Our research revealed that changing pH in lake water would not make particular difference on the final accumulation amount of heavy metals, because the acidic water environment negatively affected plant growth compared with the neutral and alkaline environments, but was more conducive for heavy metal absorption and accumulation. In addition, S. alfredii showed an increase of approximately 2.2-fold in dry weight （DW） when cultured with lake water for 25 d. At the same time, it accumulated approximately 5.0 mg/kg DW of Cd and 41.4 mg/kg DW of Pb. The absorption of heavy metals was highly effective during the first 10 d of culture. Also, the quality of lake water was greatly improved after only 2-d cleanup by S. aifredii. In general, this hyperaccumulator exhibits great potential for application in the cleanup of heavy metals-polluted waters.