植物修复多氯联苯研究进展

综述了植物修复持久性有机污染物多氯联苯（PCBs）的研究进展,重点阐述了植物对PCBs的去除作用和机理,植物在从环境中去除PCBs的过程中,不仅仅是作为微生物降解的支持者,而且还作为积极的参与者对PCBs进行代谢：一方面植物通过根系从环境中吸收和积累PCBs,并将吸收的PCBs转化为非毒性的代谢产物累积于植物组织中;另一方面植物释放促进PCBs降解的酶直接降解PCBs,或释放根系分泌物,增加根际微生物的数量,提高其活性间接降解PCBs.文中对植物修复PCBs的影响因素如植物组织培养的类型、生物量、PCBs的初始浓度以及PCBs的类型、理化性质等进行了讨论.     

蔷薇类离体培养物降解多氯联苯

多氯联苯类(PCBs)物质是毒性很强的环境污染物。PCBs由于它的广泛存在、在被污染的食物链高层次上的富集以及在普通环境条件下的抗降解性而受到特别重视。已经证明,在植物-水-土壤系统中,PCBs可以被降解,但还不清楚PCBs在这类系统中的降解作用是由植物还是土壤微生物或两者共同代谢掉的。美国俄克拉何马大学的J.Fletcher及其同事和美国环境保护署已经证明:无菌条件下     

多氯联苯的生物修复

多氯联苯(Polychlorinated biphenyls,PCBs)是一种持久性有机污染物,对人类和自然环境具有很大的威胁,降解PCBs一直是研究的热点。在目前的研究方法中生物降解最具潜力,生物降解主要分为微生物降解、植物修复和微生物-植物共同修复3个方面。文章着重介绍了微生物降解PCBs菌株的分离,降解相关基因的克隆和改造;同时对植物修复,植物与微生物共同修复以及植物转基因修复进行了讨论。     

PCBs对红树林沉积物中微生物及酶活性的影响

研究了多氯联苯（PCBs）对沉积物及红树植物秋茄根区沉积物微生物及酶活性的影响。结果表明,种植秋茄可提高沉积物中细菌和放线菌的数量,但不能提高真菌的数量。PCBs处理可显著提高沉积物中细菌和放线菌的数量。土壤呼吸与微生物量具有相似的变化趋势。由于细菌在沉积物微生物中占有绝对的优势,因此细菌的数量是微生物多样性指数的决定性因素。与未种植红树植物的相比,种植沉积物微生物多样性指数相对较低,PCBs处理与对照相比,微生物多样性指数差异不显著。在试验过程中,未种植的PCBs处理组多酚氧化酶和过氧化物酶活性均高于对照组,表明这两种酶是沉积物PCBs污染的敏感指标,而这两种酶被报道在植物修复中与PCBs的降解有关。     

高等植物中一碳化合物代谢研究进展

高等植物中一碳(C1)化合物的代谢主要包括甲醇代谢、甲醛代谢和甲酸代谢等,它们是高等植物一碳单位代谢的重要组成部分.由于C1化合物的代谢机制复杂、代谢规模非常小、参与代谢反应的酶和中间产物的含量低且不稳定等特点,相关研究报道很有限.现代生化和分子遗传学方法的综合使用使得人们对参与植物中C1化合物代谢的酶和基因有了一定程度的了解,该文主要综述了近年来有关高等植物中内源和外源C1化合物甲醇、甲醛和甲酸的来源和代谢途径方面的研究进展,并提出了该研究领域目前存在的问题和今后的研究方向.     

多氯联苯对桐花树幼苗生长及膜保护酶系统的影响

通过盆栽实验,研究了不同浓度(180、900、1 800和2 700 μg·kg^-1)多氯联苯(PCBs)对红树植物桐花树幼苗生长、叶绿素含量、膜质过氧化产物丙二醛（MDA）以及膜保护酶系统的影响.结果表明：PCBs对桐花树幼苗的生长有一定的促进作用,随着PCBs浓度的提高,桐花树幼苗的茎高、茎径和茎体积均呈升高趋势;在试验PCBs浓度范围内,桐花树幼苗叶片能保持相对正常的叶绿素水平和相对稳定的叶绿素a/b值,叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量虽然有所降低,但均未低于对照的75%;叶绿素a/b值有所升高,但均未超过对照的10％.随着PCBs浓度的提高,桐花树幼苗叶片SOD活性呈单峰曲线变化,而POD活性和MDA含量呈单谷曲线变化.红树植物桐花树可通过生理生化机制适应一定浓度的PCBs污染,对PCBs有较强的耐受性和适应性,可用于PCBs污染的植物修复.     

bZIP转录因子调控植物次生代谢产物生物合成的研究进展

植物次生代谢产物是通过次生代谢产生的一类小分子有机化合物,是植物适应环境的表现,次生代谢产物也是重要药物和化工原料的来源。bZIP转录因子是普遍存在于真核生物中的一类多基因家族,可有效调控植物次生代谢产物的生物合成。本文概述了植物bZIP转录因子的结构和类型,重点阐述了bZIP转录因子调控萜类、黄酮类和生物碱等植物次生代谢产物生物合成的研究进展,并对研究前景进行了展望。深入探讨bZIP转录因子的调控机制,有助于利用基因工程技术优化植物次生代谢途径,提高次生代谢产物的含量,在新药创制、工农业生产等方面具有广泛的应用前景。     

植物代谢组学及其与人类疾病和健康研究趋势

植物代谢组学的发展为人类充分认识植物代谢物和植物性化合物成分对人类疾病和健康的影响、定向改良作物品质、药物研发等带来了契机。围绕人类疾病与健康这一主题,结合文献计量方法,对植物代谢组学的发展态势进行简要分析。通过对植物科学及代谢组学的研究重点进行梳理,并总结植物来源的天然药物的开发及其在人类疾病预防等领域的研究进展,展示植物代谢组学及其在人类疾病和健康应用研究中的发展态势。     

植物次生代谢及其与环境的关系

人类对植物次生代谢产物（天然产物）的早期研究源于它们的应用价值,近些年来人们越来越认识到植物次生代谢产物广泛的生物学效应,开始重新评价这些化合物在植物生命活动以及生态系统中可能扮演的角色。植物的次生代谢是植物在长期进化中与环境（生物的和非生物的）相互作用的结果,次生代谢产物在植物提高自身保护和生存竞争能力、协调与环境关系上充当着重要的角色。介绍了植物次生代谢及其产物的特点,概述了植物次生代谢与温度、水分、光照、养分、CO2浓度、UV-B辐射、环境污染等非生物环境以及与化学防御、化感作用、菌根共生、微生物病害的关系。研究植物次生代谢与环境的关系,可以从更深的层次发掘植物与环境的内在联系,为全面、深入认识植物与环境的相互关系提供新的研究途径,同时也有利于人类更有效、合理地利用植物的次生代谢产物。     

植物代谢组学数据分析和数据库

植物代谢组学是近年发展起来的进行植物生物学研究的新兴学科,目前的难点和热点是数据分析和信息挖掘。现针对植物代谢组学数据分析和信息挖掘过程中涉及的几个主要方面进行了概述,内容包括数据特点、分析流程、软件和数据库。系统地介绍了植物代谢组数据分析预处理、常用统计分析原理和适用条件、数据分析中的注意事项、常用软件和数据库的优缺点,最后探讨了植物代谢组数据分析的问题和新发展动态。     

丛枝菌根共生体的氮代谢运输及其生态作用

丛枝菌根真菌能与80%的陆生维管植物形成互惠共生关系,共生体的存在对促进植物营养吸收和提高抗逆性具有重要意义.丛枝菌根真菌从宿主植物获取其光合产物碳水化合物的同时,通过外生菌丝吸收各种氮源,有效增强了宿主植物对氮素的吸收,以及氮在植物居群和群落水平上的交流,改善了植物营养代谢,增强了植物应对外界环境胁迫的能力.而共生体对氮的吸收、转运,以及氮从真菌到宿主植物的传输、代谢机制至今仍有许多问题亟待解决.本文综述了当前丛枝菌根共生体中氮传输代谢的主要机制,以及碳、磷对共生体氮传输代谢的影响;从群落和生态系统水平,简要阐述了丛枝菌根真菌在植物中氮分配的作用和对宿主植物的生态学意义,并提出共生体中氮代谢的一些需要深入研究的问题.
     

Biomonitoring of Non-Dioxin-Like Polychlorinated Biphenyls in Transgenic Arabidopsis Using the Mammalian Pregnane X Receptor System: A Role of Pectin in Pollutant Uptake

Polychlorinated biphenyls (PCBs) are persistent organic pollutants damaging to human health and the environment. Techniques to indicate PCB contamination in planta are of great interest to phytoremediation. Monitoring of dioxin-like PCBs in transgenic plants carrying the mammalian aryl hydrocarbon receptor (AHR) has been reported previously. Herein, we report the biomonitoring of non-dioxin-like PCBs (NDL-PCBs) using the mammalian pregnane X receptor (PXR). In the transgenic Arabidopsis designated NDL-PCB Reporter, the EGFP-GUS reporter gene was driven by a promoter containing 18 repeats of the xenobiotic response elements, while PXR and its binding partner retinoid X receptor (RXR) were coexpressed. Results showed that, in live cells, the expression of reporter gene was insensitive to endogenous lignans, carotenoids and flavonoids, but responded to all tested NDL-PCBs in a dose- and time- dependent manner. Two types of putative PCB metabolites, hydroxy- PCBs and methoxy- PCBs, displayed different activation properties. The vascular tissues seemed unable to transport NDL-PCBs, whereas mutation in QUASIMODO1 encoding a 1,4-galacturonosyltransferase led to reduced PCB accumulation in Arabidopsis, revealing a role for pectin in the control of PCB translocation. Taken together, the reporter system may serve as a useful tool to biomonitor the uptake and metabolism of NDL-PCBs in plants.     

miRNA调控药用植物生长发育和次生代谢

microRNA(miRNA)作为一类内源性的短链非编码RNA,广泛存在于真核细胞中,主要通过对转录本剪切和抑制翻译等方式,参与转录后基因的表达调控。近年来研究表明,多种药用植物中鉴定出大量的miRNA。这些miRNA对药用植物的生长发育和次生代谢产物合成具有调控功能。次生代谢产物是药用植物的主要有效成分,研究miRNA对药用植物次生代谢过程的调控作用具有十分重要的意义。本文综述了miRNA在植物中的产生途径、作用方式和体内功能,在此基础上重点介绍了miRNA对药用植物生长发育和次生代谢产物生物合成的调控作用,并对药用植物miRNA的研究进行了展望,以期为提高药用植物产量,高效获得药用植物有效成分以及临床应用开拓新的思路。     

植株叶片的光合色素构成对遮阴的响应

叶绿素在植株体内负责光能的吸收、传递和转化, 类胡萝卜素则行使光能捕获和光破坏防御两大功能, 它们在光合作用中起着非常重要的作用。该文综述了几大主要光合色素的分布和功能, 以及不同物种的色素含量和构成差异。阳生植物的叶黄素库较大, 但脱环氧化水平不及阴生植物。黄体素与叶黄素库的比值与植物的耐阴性呈正相关关系。由不同的遮阴源造成的遮阴环境, 光强和光质有很大的差异, 总体来说对植物生长的影响, 建筑物遮阴<阔叶林遮阴<针叶林遮阴。光强的改变可诱导类胡萝卜素的两大循环——叶黄素循环和黄体素循环。由光强诱导的叶绿素含量和叶绿素a/b比值的改变与该物种的耐阴性无关。短时间的遮阴不会对植物的生长造成危害, 叶黄素库的大小不仅与每天接受的光量子有关, 更与光量子在一天的分布有关, 因为光照和温度是协同作用的。光合作用或色素构成是蓝光、红光和远红光共同作用的结果, 不是某一种单色光所能替代的。我们总结了影响植物色素构成的内因和外因, 指出植物主要通过调整光反应中心和捕光天线色素蛋白复合体的比例, 以及两个光系统的比值来调整色素含量和构成以适应不同的光照条件, 提出了现存研究中存在的一些问题, 旨在为今后的相关研究提供建议。     

HCO-3对植物生长发育及代谢的促进作用

重碳酸盐(bicarbonate, HCO^-₃)是碳酸盐岩经岩溶作用风化的产物,它深刻地影响着植物的生长发育和岩溶地区的生态环境。以往研究大都关注HCO^-₃对植物生长代谢的负面影响,如抑制植物的光合作用、降低碳氮代谢关键酶活性、破坏离子平衡等,少有人关注其对植物生长代谢的积极作用。该文依据前人的研究结果,综述了HCO^-₃对植物生长代谢的促进作用。已有的研究工作显示,HCO^-₃不仅在干旱等逆境胁迫下为植物提供短期的碳源和水源,促进气孔打开,恢复光合作用,而且通过调节碳氮代谢关键酶活性促进植物的碳氮代谢,参与调控植物的碳同化和氮还原等复杂的生理过程; 此外,HCO^-₃还通过影响葡萄糖代谢歧化,改变植物糖酵解途径和磷酸戊糖途径的分配,以增强植物的抗逆能力,从而获取生存机会。HCO^-₃的这些积极作用不仅使之成为促进植物生理代谢的关键因子,而且成为连接光合作用和岩溶作用的纽带。阐明HCO^-₃对植物生长发育的积极作用,可为维护喀斯特生态系统的生物多样性和稳定性、优化喀斯特生态系统功能提供理论依据。     

The uptake of persistent organic pollutants by plants

In a field experiment, the transfer of polychlorinated biphenyls (PCBs) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from contaminated soil to maize (Zea mays L.), sunflower (Helianthus annuus), poplar (Populus nigra × P. maximowiczii) and willow (Salix × smithiana) and the distribution of PCB congeners in maize and sunflower was investigated. The former waste incinerator in Hradec Králové (Czech Republic) was chosen for the experiment. Results of plot screening showed heterogenous contamination by PCBs and PAHs. PCB soil contamination was evidently caused by Delor 106 or Aroclor 1260 stocking and PAH contamination by chemicals containing fluoranthene, benzo/b/fluoranthene, phenanthrene and pyrene. Tested plants were planted on a contaminated field site, in soil contaminated with 1530 μg/kg of total PCBs and 0.138 and 3.42 mg/kg of total PAHs. The results show that maize and sunflower roots accumulated the most PCBs from soil. These plants accumulated hexa- and heptachlorobiphenyl congeners more than tri-, tetra-, and pentachlorobiphenyl congeners. Total concentrations of PAHs in tested plants ranged from 0.096 to 1.34 mg/kg. The highest phenanthrene concentration was found in aboveground biomass of sunflower and the highest concentration of pyrene, in maize roots.     

木本植物木质部的冻融栓塞应对研究进展

冻融栓塞在中高纬度地区木本植物中普遍存在。抗冻融栓塞能力对在寒冷环境中木本植物的生长和安全越冬十分关键, 这直接决定植物分布范围。冻融栓塞是由于冰中气体溶解度低, 木质部水分在低温下冷冻, 使之前水中溶解的气体逸出到导管中, 随后木质部中的冰融化又使气泡扩张而引发的栓塞现象。木质部解剖结构的差异会影响植物的抗冻融栓塞能力, 植物还可以通过调节木质部正压、代谢耗能等方式主动修复冻融栓塞, 也可通过增加树液溶质含量等逃避冷冻, 以减少低温损伤。然而, 与干旱栓塞相比, 目前对木质部冻融栓塞的形成以及植物响应和调节机制的理解不足。为此, 该文首先综述了木质部冻融栓塞的形成机制和植物的逃避、忍耐、修复等3种冻融栓塞的应对策略, 然后总结了木质部抗低温胁迫能力的生理表现、影响因子和评价指标, 并在此基础上讨论了低温抗性、干旱抗性和水力效率之间的多元权衡关系, 最后提出今后该领域中的5个优先研究问题: (1)不同植物冰冻的最低温度阈值; (2)是否存在应对低温胁迫的水力脆弱性分割机制; (3)冻融栓塞修复与代谢消耗的关系; (4)低温抗性、干旱抗性和水力效率之间的权衡关系; (5)抗冻融栓塞性状是否能够纳入经济性状谱系。     

丛枝菌根促进植物根系吸收难溶态磷的研究进展(综述)

从扩大植物根系吸收面积、改善根际微环境、促进磷元素运输等方面综述丛枝菌根促进植物活化、吸收难溶态磷的最新研究概况。     

Enhancement of plant-microbe interactions using a rhizosphere metabolomics-driven approach and its application in the removal of polychlorinated biphenyls

Persistent organic pollutants, such as polychlorinated biphenyls (PCBs), are a global problem. We demonstrate enhanced depletion of PCBs using root-associated microbes, which can use plant secondary metabolites, such as phenylpropanoids. Using a "rhizosphere metabolomics" approach, we show that phenylpropanoids constitute 84% of the secondary metabolites exuded from Arabidopsis roots. Phenylpropanoid-utilizing microbes are more competitive and are able to grow at least 100-fold better than their auxotrophic mutants on roots of plants that are able to synthesize or overproduce phenylpropanoids, such as flavonoids. Better colonization of the phenylpropanoid-utilizing strain in a gnotobiotic system on the roots of flavonoid-producing plants leads to almost 90% removal of PCBs in a 28-d period. Our work complements previous approaches to engineer soil microbial populations based on opines produced by transgenic plants and used by microbes carrying opine metabolism genes. The current approach based on plant natural products can be applied to contaminated soils with pre-existing vegetation. This strategy is also likely to be applicable to improving the competitive abilities of biocontrol and biofertilization strains.