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。     

锰对植物毒害及植物耐锰机理研究进展

含锰矿渣的排放造成了严重的土壤锰污染。揭示锰毒害和植物的耐锰机制对于污染土壤治理具有重要意义。研究表明, 高浓度的Mn²⁺能够抑制根系Ca²⁺、Fe²⁺和Mg²⁺等元素的吸收及活性, 引起氧化性胁迫导致氧化损伤, 使叶绿素和Rubisco含量下降、叶绿体超微结构破坏和光合速率降低。而锰超累积植物则具有多种解毒或耐性机制, 如区域化、有机酸螯合、外排作用、抗氧化作用和离子交互作用等。根系主要通过有机酸的螯合作用促进植物对Mn²⁺的转运解毒, 同时能够将过量的Mn²⁺区域化在根细胞壁中; 叶片可通过酚类物质或有机酸螯合Mn²⁺, 并将其区域化在叶片表皮细胞和叶肉细胞的液泡中(或通过表皮毛将Mn²⁺排出体外)。其中, 金属转运蛋白在植物对Mn²⁺的吸收、转运、累积和解毒过程中发挥着重要作用。     

植物对锰的吸收运输及对过量锰的抗氧化响应

锰（Mn）毒是酸性土壤上限制作物生长的重要因素。植物体内Mn^2＋吸收运输的转运蛋白或将Mn^2＋分隔储存于内膜细胞器（如液泡）中,或在细胞内Mn^2＋运输及调节中起重要作用。近年,编码这些转运蛋白的基因已被分离鉴定。另外,高Mn胁迫极易诱导植物产生氧化胁迫,抗氧化系统在清除高蝴迫诱导产生的活性氧过程中起到重要作用。文章重点就承担Mn^2＋跨膜运输的膜转运蛋白以及植物抗氧化系统对高蝴迫的响应两方面进行了综述,并结合作者的研究提出看法和展望。     

植物耐重金属机理研究进展

由于工业“三废”和机动车尾气的排放、污水灌溉及农药、除草剂和化肥的使用,严重地污染了土壤、水质和大气,其中土壤中的重金属（Ｈｇ、Ｃｄ、Ａｓ、Ｃｕ和Ａｌ）污染更为严重［１］。重金属在植物根、茎、叶及籽粒中的大量累积,不仅严重地影响植物的生长和发育［１～...     

硅缓解植物镉毒害的生理生态机制

镉是对生物毒性最强的污染物之一。过量的镉能够抑制植物的生长和光合作用,干扰矿质代谢并诱发氧化胁迫。硅作为一种有益元素,主要以Si(OH)_4的形态通过主动或被动方式被植物体吸收并转运到地上部分。硅对植物镉毒害具有缓解作用,但其缓解机制在不同物种、品种或生态型之间存在显著差异,并表现出一定的硅/镉浓度依赖性。总体上可概括为避性机制和耐性机制。避性机制包括:(1)在器官水平,减少植物根系对镉的吸收及其向地上部的转运;(2)在细胞水平,增强细胞壁对镉的吸附能力,减少共质体中镉的含量。耐性机制包括:(1)诱导细胞产生小分子螯合剂,增强对镉的螯合作用,减少细胞中游离态镉的含量;(2)增强抗氧化机制,减轻氧化胁迫;(3)改善光合作用和无机营养,促进植物生长。从植物对硅的吸收和转运、镉对植物的毒害作用以及硅对缓解植物镉毒害的生理生态机制3个方面进行了综述,并基于目前的研究现状和薄弱之处,对今后的研究重点进行了展望。     

植物对重金属锌耐性机理的研究进展

Zn是植物必需的营养元素,同时也是一种常见的有毒重金属元素.由于长期的环境选择和适应进化,植物相应对Zn~(2+)产生了耐性,可减轻或避免Zn~(2+)的毒害.植物对锌耐性机制有:菌根和细胞膜对Zn~(2+)吸收的阻止和控制,其中控制Zn~(2+)的细胞膜跨膜转运器主要有(ZIP)类、阳离子扩散促进器(CDF)类和B-type ATPase (HMA)类;金属硫蛋白(MTs)、植物螯合素(PCs)和有机酸等Zn~(2+)螯合物质的体内螯合解毒;体内区室化分隔以及通过抗氧化系统和渗透调节物质的代谢调节等.本文从生理和分子水平上综述了植物对Zn~(2+)耐性机理的研究进展,并在此基础上提出目前存在的问题和今后研究的重点领域,为该领域的相关研究提供资料和借鉴.     

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。     

植物苹果酸和柠檬酸通道蛋白基因的研究进展

铝毒是酸性土壤中抑制植物生长和减少作物产量的主要因素。近年来研究表明植物主要通过根部有机酸通道蛋白将小分子有机酸阴离子转运到细胞膜外来缓解铝毒。本文综述了植物中编码铝诱导的苹果酸转运蛋白和多药及毒性复合物的排出转运蛋白两种耐铝基因,并从基因克隆、蛋白质同源性比较、基因表达调控、基因的功能和应用以及预测耐铝基因作用模式等方面进行了阐述;同时对这些耐铝基因的应用前景进行了展望。     

农作物对Cd毒害的耐性机理探讨

对生长在Ｃｄ污染条件下的８种作物体内Ｃｄ的存在形态分析表明,作物的耐Ｃｄ性与Ｃｄ的形态分布密切相关,在耐性作物体内,蛋白质（多肽）结合Ｃｄ量的比例低于非耐性作物;有机酸盐和一代磷酸盐态Ｃｄ的比例增加;分离得到Ｃｄ诱导蛋白?其中束缚了一定量的Ｃｄ,限制了Ｃｄ以自由态存在,耐性较低的作物本内,大分子量的蛋白质中富Ｃｄ量较高。     

植物HKT蛋白耐盐机制研究进展

盐害是限制植物生长发育的重要环境因素, 对植物造成渗透胁迫和离子毒害。维持细胞及整株水平的Na⁺/K⁺平衡是植物重要的耐盐机制。目前, 已报道的高亲和性钾离子转运蛋白(HKT)具有钠、钾离子转运特性, 在植物体钠、钾离子长距离运输及分配过程中发挥重要作用。该文重点总结了淡土植物和盐土植物HKT蛋白的结构、功能及耐盐机理, 并对其在植物耐盐改良育种中的前景做出了展望。     

Cellular Mechanisms in Higher Plants Governing Tolerance to Cadmium Toxicity

Cadmium (Cd) is an inorganic mineral in the earth's crust. Cadmium entry into the environment occurs through geogenic and anthropogenic sources. Industrial activities including mining, electroplating, iron and steel plants, and battery production employ Cd during their processes and often release Cd into the environment. When disseminated into soil, Cd can be detrimental to agro-ecosystems because it is relatively mobile and phytotoxic even at low concentrations. Cadmium's phytotoxicity is due to reductions in the rate of transpiration and photosynthesis and chlorophyll concentration resulting in retardation of plant growth, and an alteration in the nutrient concentration in roots and leaves. In response to Cd toxicity, plants have developed protective cellular mechanisms such as synthesis of phytochelatins and metallothioneins, metal compartmentalization in vacuoles, and the increased activity of antioxidant enzymes to neutralize Cd-induced toxicity. While these direct protective mechanisms can help alleviate Cd toxicity, other indirect mechanisms such as microelements (zinc, iron, manganese, and selenium) interfering with Cd uptake may decrease Cd concentration in plants. This comprehensive review encompasses the significance of Cd, portals of contamination and toxicity to plants, and implications for crop production. Various mitigation strategies with the beneficial effects of zinc, iron, manganese, and selenium in activating defence mechanisms against Cd stress are discussed. Furthermore, this review systematically identifies and summarises suitable strategies for mitigating Cd-induced toxicity in plants.     

微生物铝毒和耐铝机制的研究现状

铝是地球上含量最为丰富的金属元素 ,在酸性条件下 ,主要以Al3 存在。Al3 作为一种严重的环境毒剂 ,已经在众多模式生物中所证明。近年来 ,许多生物学家已日益注意到铝毒和耐铝性在环境科学与生命科学领域的重要性。结合研究工作 ,综述了微生物铝毒害和耐铝的机制。微生物通过①增强分泌有机酸与Al3 螯合 ,②超表达Mg2 通道蛋白 ,增强细胞转运吸收Mg2 ,③通过线粒体ATPase和液泡ATPase协同作用将Al3 隔离于液泡内 ,以及④通过氧化胁迫改变、调节Al3 毒害和耐铝性 ,减缓Al3 对细胞的毒害。     

植物对重金属镉的耐受机制

镉离子（Cd^2＋）具有强植物毒性,抑制植物生长,甚至使植物死亡。由于长期的环境选择和适应进化,植物发展出耐受机制,可减轻或避免Cd^2＋的毒害。硫转运蛋白、硫还原相关酶类以及半胱氨酸、谷胱甘肽和植物螯合肽合成基因的表达受Cd^2＋调控。同时这些基因的过表达也能提高植物对Cd^2＋的耐性。植物抗氧化系统对Cd^2＋胁迫诱发的活性氧的清除作用,具转运Cd^2＋活性的质膜转运蛋白促进Cd^2＋经共质体途径向木质部运输、装载,而后随蒸腾流向地上部迁移,具转运Cd^2＋活性的液泡膜转运蛋白促进Cd^2＋进入液泡的隔离作用,都在植物对Cd^2＋的耐性中起作用。     

植物耐盐的分子机理研究进展

综述了与植物耐盐性密切相关的小分子渗透物质（脯氨酸,甜菜碱,多元醇,多胺,果聚糖）,晚期胚胎发生富集蛋白（LEA）,调渗蛋白（OSM）,水通道蛋白,K^ 通道蛋白和ATPase等的合成及其相关基因的表达。     

4种藤本植物对锰污染土壤的耐受性及其生理响应

为筛选对Mn污染土壤具有较高耐受性的藤本植物并探讨其抗Mn生理机制,以薜荔、忍冬、五叶地锦和络石扦插苗为材料,采用模拟Mn污染土壤培养法,配置Mn含量分别为3 000mg/kg(T1)、6 000mg/kg(T2)、9 000mg/kg(T3)和12 000mg/kg(T4)的Mn污染土壤,以不加Mn的土壤为空白对照(CK),研究不同浓度Mn胁迫对4种藤本植物生物量、生长量、不同部位Mn含量、叶绿素含量、丙二醛(MDA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性的影响,并对其耐性指数(Ti)、转移系数(TF)、生物富集系数(BCF)进行了比较分析。结果表明:(1)随着Mn处理浓度的升高,薜荔、五叶地锦、忍冬、络石的生物量、生长量总体呈现下降的趋势,平均耐性指数依次分别为82.48%、84.86%、89.21%和95.41%。(2)地上部分、根系的Mn含量随着Mn处理浓度的增加总体呈现升高的趋势,且根系的Mn含量都高于地上部分,TF值均小于1,地上部分和根系的BCF平均值均依次为:络石忍冬五叶地锦薜荔。(3)随土壤Mn处理浓度的升高植物叶绿素含量总体呈现下降的趋势,MDA含量持续上升,而SOD活性、POD活性、CAT活性呈先升后降的趋势,在T4处理时络石的叶绿素含量和三种抗氧化酶活性下降幅度、MDA上升幅度均低于其他3种植物。研究表明,络石较其他3种植物具有更高的Mn耐受性以及Mn转移能力和富集能力,可作为Mn尾矿污染土壤修复的潜力植物。     

植物地上部对铝毒的生理响应及其耐性

全世界50％以上潜在的可耕地属于酸性土壤,铝毒害是酸性土壤上植物生长最有害因素之一。近年来,为了阐明植物铝毒害及其耐性,前人已进行了大量的研究,并有一些综述性文章发表。然而,大多数文章主要综述铝对植物根系的影响及其耐性,因为根生长受抑是最早的铝毒害症状之一和溶液培养时最容易辨认的铝毒害症状。为此,本文综述了铝对植物地上部光合作用、光保护系统、水分利用效率、含水量、碳水化合物含量、矿质营养、有机酸和氮代谢的影响,并对富铝植物的解铝毒机制（铝与小分子有机酸螯合和把铝隔离在对铝不敏感的表皮细胞和液泡内）进行了综述。本文还对植物耐铝遗传学和分子生物学及今后需要研究的问题进行了讨论。     

植物对重金属的耐性机理

植物对重金属的耐性机理杨居荣,黄翌（北京师范大学环境科学研究所,１００８７５）ＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＨｅａｖｙＭｅｔａｌＴｏｌｅｒａｎｃｅｏｆＰｌａｎｔｓ．￥ＹａｎｇＪｕｒｏｎｇ;ＨｕａｎｇＹｉ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎ－ｍｅｎｔａｌＳｃ...     

锰离子转运、代谢与稳态平衡调控

金属离子在生命体细胞内的转运、代谢、稳态平衡调控及其相关疾病的研究是生物无机化学、化学生物学和生物医学等研究领域的一个前沿热点。锰被称作“细胞护卫”或“生命体保镖”,在生物体中发挥重要的作用,体内锰离子的含量必须维持在一个恰当的水平,锰缺少或过量都会导致疾病或生物毒性。因此,生物体内锰离子的稳态平衡调控对维持体内锰离子的正常生理功能至关重要。对细菌、出芽酵母、动物的锰离子运输、代谢及其稳态平衡调控的分子机制研究分别进行综述。