施硅对抑制植物吸收重金属镉的效应研究进展

施用化学改良剂是控制土壤重金属污染的有效手段。研究施硅对抑制植物吸收重金属镉的影响及其作用机制,对促进利用硅肥作为改良剂治理重金属污染土壤技术的发展有重要意义。近年来,以硅肥作改良剂对重金属污染的土壤进行治理的研究大量涌现。本文从施硅对抑制植物吸收镉及镉在植物体内的分布、迁移的影响;从植物细胞膜透性、抗氧化物酶系和抗氧化剂等新陈代谢或生理过程及硅-金属复合物的结构组成等方面对植物抗镉胁迫的生理生化效应及其抑制植物吸收重金属镉的机制进行综述,并对今后有待进一步研究的问题提出了建议。     

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。     

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。     

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.     

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。     

黄瓜中硅的生理功能及转运机制研究进展

硅是植物体的重要组成部分,尽管硅尚未被列为植物生长的必需元素,但它在促进植物生长发育、提高作物对非生物逆境（干旱、盐分和重金属等）和生物逆境（病虫害）抗性等方面都具有重要作用。硅不仅能改善植株对矿质营养的吸收,提高作物产量和品质,而且能沉积在叶片及叶鞘表皮细胞,形成硅化细胞和角质双硅层结构,增强寄主植物细胞壁的机械强度和稳固性,从而增强植物对真菌侵入和扩展的抵御能力,提高植物对金属离子毒害的抗性、缓解盐胁迫、增强抗高低温和抗紫外线辐射等。本文在植物硅素营养和转运机制研究的基础上,对硅素营养在黄瓜中生长发育、抗逆和吸收转运机制等方面的效应做了相关综述,并展望了黄瓜中硅研究的未来发展。     

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。     

植物根系分泌物对土壤污染修复的作用及影响机理

生物修复是一种经济环保的土壤修复技术。根系分泌物是利用生物修复污染土壤过程中的关键物质,也是植物与土壤微生物进行物质交换和信息传递的重要载体,在植物响应污染物胁迫中扮演重要角色。研究植物根系分泌物对土壤污染修复的作用和影响机理,是深入理解植物和微生物环境适应机制的重要途径,对促进生物修复污染土壤有重要指导意义。从污染物胁迫对根系分泌物的影响、根系分泌物对土壤污染物环境行为的影响、根系分泌物在调控污染土壤中根际微生物群落结构和多样性中发挥的作用等几个方面综述了根系分泌物对土壤污染修复的影响及内在机制。研究结果表明,根系分泌物在降低重金属对植物的毒性、加速有机污染物降解等方面有非常重要的作用。根系分泌物对土壤微生物的丰度和多样性均有显著影响,其与根际微生物互作在土壤污染物的消减中发挥了重要的调控作用。在此基础上,提出了以往研究中的不足,并对污染物胁迫下根系分泌物未来研究的方向和趋势进行了展望。     

根际促生菌强化植物修复重金属污染土壤的研究进展

植物修复虽然是近年来土壤重金属污染修复的重要手段之一,但因修复植物生长缓慢、生物量小、重金属转移率低等因素严重影限制了植物修复技术的广泛应用。根际促生菌(plant growth promoting rhizobacteria,PGPR)作为一类生长在植物根际土壤中的微生物,不仅能够利用自身的抗性系统减缓重金属离子对植物的毒性,还能够改变重金属的形态和迁移率,并通过分泌铁载体、有机酸、生物表面活性剂、植物激素等作用,直接或者间接地促进植物生长和增强植物对重金属的抗性,在强化植物修复土壤重金属污染过程中发挥着重要的作用。现介绍了根际促生菌的种类及其重金属抗性机制,总结了近年来国内外关于根际促生菌促进植物生长、强化植物修复重金属污染土壤的作用原理,同时对该研究领域目前存在的问题以及今后的研究前景进行展望,以期为今后土壤重金属修复研究提供新的思路和理论依据。     

硅提高植物抗旱性的生理机制研究进展

干旱作为限制作物产量和品质的主要非生物胁迫之一,对全球社会、经济和生态造成巨大损失。在全球气候变化背景下,提高植物抗旱性的重要性日益突显。硅能够提高植物的抗旱性：外源硅的施用可以影响气孔导度,改变蒸腾速率,改善植物水分状况;通过调节气孔动力学、合成光合色素,促进光化学反应,从而改善光合作用;此外硅可通过渗透调节以平衡植物对矿质元素的吸收,以及调节抗氧化防御系统,减轻植物在干旱胁迫中的氧化损伤。总结了硅对干旱胁迫下植物水分利用、光合作用、矿质元素吸收、抗氧化系统、植物激素代谢等方面的作用及相关生理机制。建议未来从复合逆境胁迫、低硅积累植物等方面进一步揭示硅提高植物抗旱性的作用机制,从而为农林生态系统合理利用硅素来提高生产效率提供科学依据和理论基础。     

植物内生细菌在植物修复重金属污染土壤中的应用

土壤重金属污染是威胁人群健康和经济可持续发展的重要环境问题。植物修复具有经济、环保等特点,已成为治理重金属污染土壤的重要技术。如何提高植物对重金属的抗性、促进植物生长是影响植物修复效率的关键之一。内生菌群-植物共生关系在此方面具有独特优势。其中,植物内生细菌可改善植物营养、降低植物病菌感染、影响酶活性,以及分泌激素、含铁载体和有机配位体等,进而提高超积累植物对重金属的吸收作用。本文综述了近年来国内外关于抗重金属植物内生细菌筛选与应用的研究进展,分析了内生细菌促进植物生长、增强植物对重金属抗性、促进重金属向茎叶转移的机理,阐述了植物内生细菌在重金属污染土壤修复中的应用前景与研究重点。     

Cd胁迫下外生菌根菌对樟子松生理指标和根际土壤酶的影响

本研究采用盆栽试验法,研究了不同浓度Cd胁迫下,接种外生菌根菌——褐环乳牛肝菌(Suillus luteus)对樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)苗期植株的生长及叶绿素含量、抗氧化酶(CAT、POD和SOD)活性、细胞渗透调节物质(可溶性糖、MDA和游离脯氨酸)含量和根际土壤酶(过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶)活性的变化。结果表明:1年生樟子松苗木在Cd胁迫1个月后,接菌处理组无论在苗木生长、抗氧化酶活性方面均高于对照组,且大部分指标达到显著差异水平(P0.05)。各接菌处理组菌根侵染率达48.0%以上。抗氧化酶活性方面,CAT和POD活性呈现出随着胁迫程度的加深,先下降后上升的变化趋势,SOD活性则呈现出地上与地下部分"上下对称"的变化趋势。同时,通过对各处理组苗木细胞渗透调节物质的定量测定,接菌处理组的细胞受破坏程度显著低于不接菌处理组。对苗木根际土壤酶分析结果表明,Cd胁迫下,施加外生菌根菌可以有效提高樟子松根际土壤酶的活性(尤其是脲酶),进而起到增加樟子松根际土壤生物活性作用。综上,接种外生菌根真菌对樟子松缓解重金属Cd胁迫具有明显的促进作用。Cd胁迫下,外生菌根可以有效正向调节樟子松的生长、抗氧化胁迫能力并提高苗木细胞渗透调节作用,进而提高苗木对重金属的耐受性和提高苗木根际土壤生物活性。本研究可以为重金属污染土地的有效治理和利用木本植物修复改良重金属污染土壤提供参考。     

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。     

氢气调节植物生长发育和提高植物抗逆性的研究进展

氢气作为新发现的活性气体被广泛研究。在植物生长发育方面,氢气具有促进种子发芽、幼苗发育、不定根生长等作用;在植物遭受逆境胁迫过程中,氢气通过调控抗氧化酶活性、抗氧化物质的生成及其相应的转录本来应对胁迫带来的氧化损伤,提高植物对干旱、盐胁迫、重金属胁迫、除草剂、紫外照射等胁迫的抗性,同时氢气还可以调控与抗病虫害等胁迫相关基因的表达。该文对国内外有关氢气在促进植物生长发育和提高植物抗性方面的作用,以及逆境胁迫下氢气作为信号分子通过调控抗氧化防御系统提高植物抗逆性的机制进行综述,以期更好地了解和促进氢气在农业科学上的研究与应用。     

植物根际促生菌及丛枝菌根真菌协助植物修复重金属污染土壤的机制

植物修复是一种前景广阔的重金属污染土壤的主要修复技术,在微生物的协助下效果更为显著。植物根际促生菌可通过分泌吲哚-3-乙酸(IAA)、产铁载体、固氮溶磷等方式促进植物生长、改善植物重金属耐受性,从而有效提高重金属污染土壤的植物修复效率。菌根真菌是土壤-植物系统中重要的功能菌群之一,可侵染植物根系改变根系形态和矿质营养状况,通过菌丝体吸附重金属,也可产生球囊霉素、有机酸、植物生长素等次生代谢产物改变重金属生物有效性。植物根际促生菌与丛枝菌根真菌可对植物产生协同促生作用,在重金属污染土壤修复中具有一定应用潜力。目前,国内外关于植物根际促生菌和丛枝菌根真菌互作已有大量研究,而二者的相互作用机理仍处于探索阶段。本文综述了近年来国内外植物根际促生菌和丛枝菌根真菌在重金属污染土壤植物修复中的作用机制,并对其研究前景进行展望。     

盐胁迫环境下植物促生菌的作用机制研究进展

盐胁迫是限制干旱和半干旱地区作物生产的主要非生物胁迫之一,严重影响作物的生长发育,植物促生菌(Plant growth-promoting bacteria,PGPB)可有效减轻植物的盐胁迫损伤,合理施用PGPB是盐胁迫下促进作物生长的重要途径。本文从盐胁迫环境下PGPB在调节植物激素内稳态、促进养分吸收和诱导植物产生系统耐受性等方面的作用阐述了PGPB提高植物耐盐性、减轻植物胁迫损伤的作用机制。讨论了能够在植物根际稳定定殖并在盐生环境下稳定保持PGP活性的功能菌株对未来农业的可持续发展的重要意义,同时,对该研究方向的重难点和未来的发展趋势作出展望。     

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。     

水稻中硅的营养功能及生理机制的研究进展

尽管硅还没有被列为植物生长的必需营养元素,但它在水稻生长发育、产量与品质形成、矿质营养吸收以及逆境生理等方面都具有重要的作用。硅不仅是水稻细胞结构成分和组成物质,还参与调节水稻各种生理生化代谢过程,促进光合作用,改善冠层结构,增强抗倒伏能力,提高群体质量,促进产量、品质和肥料吸收利用效率的协同提高。硅通过物理途径或生理生化途径增强水稻对重金属、盐渍、干旱、紫外线、高温等非生物胁迫以及病虫生物胁迫的抵抗力。还展望了水稻中硅研究的未来发展。     

重金属对植物吲哚乙酸合成与分解影响研究进展

生长素在调节植物生长和抗重金属胁迫中具有重要作用。重金属胁迫下植物为维持自身生长,必须维持生长素的内稳态和自身代谢平衡。生长素的内稳态受到生物合成、生长素结合以及水解、代谢失活等生理活动的严格控制。一些涉及生长素合成与分解的相关酶系和基因已被识别或克隆,然而重金属胁迫下与生长素合成与分解有关基因的上调或下调以及相关酶系的激活或失活却研究尚少。揭示植物遭受重金属胁迫后生长素合成与分解变化的机理,可为植物修复实践中合理使用植物生长调节剂提供理论依据。本文以生长素的主要代表物吲哚乙酸(IAA)为例,讨论重金属胁迫下,植物体内IAA合成、分解机制及其赋存形态等方面的研究进展,并从重金属胁迫下植物IAA合成途径的相对重要性、IAA形态变化和作用以及激素间的交互作用等方面探讨了该领域的研究方向。     

NO在植物生长发育和环境胁迫响应中的作用

一氧化氮(NO)是具有生物活性和信号转导作用的气体活性分子,它不仅对植物的许多生命活动如种子萌发、生长和衰老等具有直接的生理调节功能,而且作为防御反应中的关键信使,参与了植物对外界环境胁迫的响应,如干旱胁迫、热胁迫、盐胁迫、UV-B辐射、臭氧胁迫、重金属胁迫、机械损伤以及植物抗病反应。NO与各种激素如乙烯、脱落酸、水杨酸、生长素和细胞分裂素等,在调节植物的生理活动与信号转导方面有明显的协同作用,通过激素起作用可能是植物内源NO作用的机理之一。探明在正常生长状况下植物内源NO对植物生长发育的调控机制及其参与信号转导的生理机制是目前研究的重点。