镉在槐叶苹叶片中的蓄积及其生态毒理学分析

以分布广泛的浮水蕨类植物--槐叶苹为研究对象,用含不同浓度Cd(2.5,5,7.5 mg/L和10 mg/L)的10% Hoagland营养液培养7d,旨在分析Cd在蕨类植物中的蓄积及其诱导产生的毒理学作用.随着培养液中Cd浓度的增加,(1) 槐叶苹叶片中Cd含量极显著上升;(2) Cd处理造成槐叶苹叶片产生明显的矿质营养失衡症状,主要表现为显著增加了对Ca和降低了对P,K和Na的吸收;(3)叶绿素含量和叶绿素荧光Fv/Fm比值都逐渐降低;(4)抗氧化防御系统活性或含量紊乱,其中超氧化物岐化酶(SOD)活性下降最突出,过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、还原型谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸(AsA)和类胡萝卜素(Car)也都先升后降,膜脂过氧化产物MDA含量则显著增多;(5)可溶性蛋白含量一直下降;(6)透射电镜观察发现细胞超微结构损伤明显,主要为叶绿体膨胀和解体、线粒体嵴突减少和空泡化、细胞核核仁解体、核膜破裂、核质消失,并有晶体出现.结果表明槐叶苹虽然对水体Cd有一定的净化作用,但Cd浓度与毒害之间的剂量-效应关系明显;MDA含量的明显上升以及叶绿素和可溶性蛋白含量的显著下降标志着槐叶苹遭受到明显的氧化损伤;Cd破坏了槐叶苹进行正常生理活动所必需的生理和结构基础;SOD可以作为Cd诱导产生氧化压力的分子生物标志物和水体Cd污染的灵敏生态毒理学指标,Cd的半效应浓度为2.41mg/L,最大允许浓度为0.241mg/L.     

镉在水生植物中的富集与亚细胞分布及其化学形态特征

以7种水生植物(长苞香蒲、水生美人蕉、黑藻、粉绿狐尾藻、花叶芦竹、香根鸢尾、水葫芦)为研究材料,构建生物塘系统,通过差速离心法和五步提取法,提取植物各亚细胞组分和不同化学形态的镉,并用原子吸收分光光度法测定镉含量,分析镉在水生植物体中富集特征,揭示植物对镉的耐性机制。结果表明:(1)水生植物根中镉富集量大于茎和叶;3种类型水生植物富集镉能力表现为沉水植物(粉绿狐尾藻、黑藻)浮水植物(水葫芦)挺水植物(长苞香蒲、水生美人蕉、花叶芦竹、香根鸢尾)。(2)镉在黑藻、水葫芦和花叶芦竹中的亚细胞分布量均呈现为细胞壁可溶组分原生质体线粒体,所占比例分别为37.16%~50.86%、20.69%~31.21%、10.81%~23.83%、8.15%~19.83%。(3)赋存化学形态表现为以氯化钠提取态、醋酸提取态为主,所占比例分别为29.37%~56.27%和15.06%~36.19%。研究发现,粉绿狐尾藻、水葫芦、水生美人蕉和花叶芦竹4种植物为富集镉较好的植物,而黑藻、香根鸢尾和长苞香蒲3种植物的镉富集能力相对较弱;镉主要以果胶酸盐、蛋白质结合态或吸附态存在于植物根的细胞壁和液泡中,以减弱镉对根细胞器和植物地上部分的毒害。     

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.     

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。     

镉在旱柳中亚细胞分布及存在的化学形态

以2个旱柳无性系幼苗为材料,通过营养液培养并结合差速离心与化学试剂提取法,分析了不同浓度Cd2+胁迫下旱柳叶和根中Cd的亚细胞分布及其存在的化学形态.结果显示,(1)随着培养介质Cd2+浓度升高,旱柳无性系幼苗叶和根中各亚细胞组分Cd含量随之增加.叶片的Cd主要富集于细胞壁、叶绿体和可溶性部分,它们的含量分别占65%～69%、14%～22%、6.8%～7.7%,仅少量Cd发现于膜部分;而根中Cd主要积累于细胞壁和可溶性部分,其中含量分别占59%～66%和14%～25%,Cd在根亚细胞组分中积累量依次为细胞壁>可溶性部分>质体>膜部分.(2)旱柳体内Cd以不同的化学形态存在,大部分为HCl(FHCl)、NaCl(FNaCl)、醋酸(HAC,FHAC)提取态,极少部分为乙醇(EtOH,FEtOH)和水提取态(Fwater),叶和根中5种Cd提取态含量依次为FHCl>FNaCl>FHAC>Fwater>FEtOH,而叶和根中HCl和NaCl提取态Cd占有比例大于30%以上.研究表明,旱柳无性系中Cd主要与蛋白质和有机酸螯合或以金属磷酸盐沉淀的形态存在,其根、叶的细胞壁和液泡在Cd忍耐与解毒中起到重要作用.     

Pb 在水花生愈伤组织中的超微定位及对矿质元素的影响

水体重金属污染已经成为一个日益严重的环境问题, 了解水体重金属污染原理、处理水体重金属, 已经成为一个必需解决的课题。由于重金属元素具有难降解、易积累、毒性大等特点, 另外还能被水生植物富集吸收进入食物链危害人畜健康。因此, 植物对重金属毒害的抗性机理以及提高植物抗重金属胁迫能力的探索研究越来越引起人们的关注。虽然在铅(Pb2+)胁迫下植物的抗氧化反应已经有了一些报道, 但有关于植物愈伤组织受到重金属胁迫后变化的研究报道较少。鉴于此, 研究将分布广泛的挺水植物水花生进行愈伤组织培养, 克服了光照、温度、水分及植物生长发育在自然状态下的不可控制性, 使实验数据更具重复性和科学性。经过70%酒精30s、5%次氯酸钠10min 和0.1%升汞10min 消毒后, 在激素为6-BA(3.0 mg/L)和NAA(0.2mg/L)的1/2MS 培养基中培养出水花生茎段的愈伤组织并以此作为研究对象, 以常见的污染环境的重金属离子—Pb2+为胁迫因子。研究了在不同Pb 处理浓度(0、0.2、0.4、0.8 和1.6 mmol/L)下愈伤组织对Pb 的积累、亚细胞分布、亚显微定位及矿质元素的影响。结果表明, 随着培养液中Pb 浓度的增加, (1)愈伤组织体内的Pb 含量极显著上升, 富集系数为2341—2681; (2)各亚细胞组分中的Pb 含量都呈逐渐上升的趋势, 但分配比例明显不均, 分布规律为细胞壁>细胞器>可溶性部分, Pb 胁迫与处理浓度间存在显著的剂量—效应关系, Pb在亚细胞分布与对细胞超微结构的损伤关系密切; (3)超微定位观察发现在细胞壁上分布有大量的Pb 颗粒,细胞内膜结构及基质中也都存在Pb; ⑷Pb 对各亚细胞组分中矿质元素的影响不同, 其中抑制了大量元素P、K、Mg 和微量元素Na、Zn、Mn 的吸收; Ca 在细胞壁中先升后降, 细胞器中逐渐减少, 可溶性部分中则是逐渐增加; Fe 和B 在各亚细胞组分中均表现出先升后降; Cu 在前两个组分中总体呈上升趋势, 可溶性部分中则是先升后降; Si 在细胞壁中逐渐减少, 细胞器中呈先升后降的趋势, 而可溶性部分中无法测出。可见, Pb 打乱了各亚细胞组分中离子平衡, 导致愈伤组织正常生理活动紊乱, 这些都是Pb 毒害水花生愈伤组织的主要表现。       

霞多丽苗木中镉的积累、亚细胞分布及化学存在形态

以一年生盆栽葡萄品种霞多丽(Vitis vinifera L.cv.Chardonnay)自根苗及SO4砧嫁接苗为试材,采用CdCl2和CaCl2根部灌入的方法,研究了镉在霞多丽植株内的亚细胞分布和存在形态,以及外源添加氯化钙对植株镉吸收的影响.结果表明:大部分镉积累在霞多丽自根苗及嫁接苗的地下部器官;4 mmol·L-1浓度的CdCl2处理下,镉在自根苗根及根颈部分的积累量占77.1％,在叶片中的积累量占1.4％,而嫁接苗中镉在嫁接口以下部分的积累量高达93.9％,叶片中的积累量仅占0.1％;5 mmol·L-1外源钙缓解了植株对镉的吸收积累,而10mmol ·L-1外源钙则显著增加了植株对镉的吸收积累.镉在根系和叶片中的亚细胞分布规律为细胞壁＞可溶性部分＞细胞器,且在细胞壁中积累50％以上;镉在根系中主要以氯化钠提取态存在,其次为乙酸提取态,去离子水提取态含量最少.随着镉处理浓度的增加,各提取态含量有所变化.     

镉胁迫下草莓幼龄期叶、根矿质元素积累和分布的变化

采用水培实验,研究重金属镉对草莓幼龄期叶、根矿质元素含量和分布的影响。结果表明,高量镉降低草莓根中K、Ca、Mg、P、Cu、Zn、Mn、Fe的积累,叶片相应元素以及B、Mo含量也随镉浓度增大而呈降低趋势;但镉浓度较低时,K、Mg、P、Zn在叶、根中的含量均增加,而后才随镉处理浓度提高而降低。在镉胁迫下,同一元素在草莓叶、根之间的分布也受到影响,而且某些矿质元素含量间有显著相关性。     

水淹条件下秋华柳亚细胞中镉的分配特征

选取秋华柳(Salix variegata)扦插苗为研究对象,通过设置0、0.5、2、10 mg/kg 4个镉胁迫浓度,研究了水淹条件下秋华柳根、枝、叶亚细胞中镉的分配特征。结果表明:(1)试验各处理组秋华柳存活率均为100%,表现出良好的镉和水淹耐受能力。(2)与对照相比,在水淹条件下,各处理组秋华柳根、枝和叶的细胞壁仍是镉最主要的富集部位。各处理组植株细胞壁中的镉含量显著高于其他组分,质体中镉含量次之,细胞核和线粒体组分中的镉含量始终处于较低水平。(3)水淹显著提高了秋华柳根细胞壁中的镉含量,显著降低了高浓度镉处理(10 mg/kg)下萌枝细胞壁中的镉含量,但对叶细胞壁中的镉含量没有显著影响。(4)水淹显著提高了秋华柳根细胞中质体中的镉含量,对萌枝、叶细胞质体中的镉含量没有显著影响。研究证明,水淹条件下,秋华柳根枝叶细胞壁仍然是镉积累富集的最主要部位,从而减少了重金属对植物细胞的伤害。秋华柳适用于三峡消落带镉污染区域的植物修复。     

陆生生境中喜旱莲子草的生长模式

喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)原产南美洲, 后被引入到北美洲、大洋洲、东南亚和中国等地, 成为一个世界性的外来入侵种。对喜旱莲子草陆生种群的有效控制一直是一个难题。本文中通过种植实验建立了陆生生境中喜旱莲子草主枝长、生物量、叶面积和斑块面积等的生长模型。结果表明: (1)喜旱莲子草的主枝长、生物量、叶面积和斑块面积等均表现为指数式生长, 其日增长率(%)分别为4.28、11.27、11.59和8.67。(2)喜旱莲子草的地上重(x)－地下根茎重(y)的异速生长指数b约为3/4(01), 即总重和叶面积相对于主枝长呈二次幂增长, 由此可进一步推出总重和叶面积与斑块面积成正比; 生物量－叶面积的异速生长指数b约为1, 为等速生长(b＝1), 即单位生物量所支持的叶面积不随植株大小的变化而变化(冠层恒定性)。其叶面积比为88.24 cm²/g, 比叶面积为287.97 cm²/g。通过本研究期望对喜旱莲子草陆生局域斑块的生长进行预测, 同时为进一步建立其控制模型提供基础数据, 为制定经济有效的控制对策提供科学依据。     

喜旱莲子草在中国的入侵和扩散动态及其潜在分布区预测

喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)是苋科莲子草属的一种多年生草本植物, 原产于南美洲, 19世纪末侵入我国以后, 经过50年左右的停滞期, 在我国中部和南部的广大区域迅速蔓延传播, 已成为我国分布最广、危害最为严重的杂草之一, 目前分布范围仍在扩大。本研究基于大量的标本分布数据, 使用生态位模型(GARP)对其在中国的潜在扩散区域进行了预测。结果表明: 喜旱莲子草抗逆性较强, 坡度、汇流累积量、年均温、年降雨量对其分布影响较大; 而海拔、日照等对其分布影响较小。目前, 喜旱莲子草的潜在入侵区仍大于实际分布区, 因此, 预测该物种还将会继续扩散。容易被入侵的地区包括了除青海、西藏、四川西部、新疆南部、甘肃西部、吉林、黑龙江、内蒙古北部以及海南以外的中国大部分地区, 其中陕西、山西以及甘肃东南部不仅属于最易被入侵的地区, 且邻近地区已被入侵, 因此应采取紧急措施防止喜旱莲子草侵入和扩散。     

水花生Actin基因片段的克隆及序列分析

肌动蛋白基因编码生物体内一种很重要的组成型表达蛋白质,常被看作看家基因。为分离水花生肌动蛋白基因,根据GenBank上一藜科植物的———Actin基因的EST序列,分别设计引物,提取水花生根的总RNA,对上述的基因片断进行RT—PCR,扩增后测序得到230bp长的核苷酸序列。经同源性比较,这条序列与上述藜科植物Actin的EST序列基本一致,表明获得了水花生肌动蛋白序列。     

The Role of Antioxidant Systems in Cu2+ Stress Resistance in Alternanthera philoxeroides

CuSO4 was added into Hoagland solution to imitate Cu2+ polluted water environment, and the roles of the two antioxidation systems in resisting Cu2+ stress in Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb. was studied. The results showed that Cu2+pollution less than 70 mg/L in concentration could stimulate the accumulation of superoxide radical (O-·2), thus lead to lipid peroxidation and increase of membrane permeability. Superoxide dismutase (SOD) and peroxidase (POD) were both induced in high level and took important parts in antioxidation at higher concentration of Cu2+ and in middle and late phases of Cu2+ stress. Catalase (CAT) had little effect. Glutathione peroxidase (GSH-Px) was induced in lower level and showed its function in lower Cu2+ concentration and in early phase. Ascorbic acid (AsA) could also function at higher Cu2+ concentration by transition from reduced state to oxidized state.     

空心莲子草具有较强抗盐能力的原因初探

为了探讨空心莲子草(Alternantheraphiloxeroides(Mart.)Griseb)的抗盐机理,测定了盐胁迫条件下的空心莲子草和水稻中保护酶活性和渗透调节物质的变化。结果表明,在盐胁迫下,空心莲子草中的脯氨酸、甜菜碱以及SOD、POD等含量增加速度比水稻快,膜脂过氧化产物丙二醛的含量在两种植物中虽亦增加,但在空心莲子草叶中的增加幅度小于水稻。证明盐胁迫下保护酶活性和渗透调节物质含量的迅速增加是空心莲子草具有较强抗盐能力的重要生理学基础。     

低温胁迫下喜旱莲子草幼苗膜脂过氧化及保护酶活性的变化

分别在2℃和8℃低温胁迫下,对入侵种喜旱莲子草幼苗抗氧化酶活性进行了研究。与常温28℃的结果相比较,MDA含量、细胞膜透性在8℃条件下变化不明显,2℃处理36h后均显著上升。2℃时SOD、CAT和POD活性在较短时间内(12h)显著升高,随后逐渐下降,CAT活性在48h后受到低温胁迫的严重抑制。8℃处理条件下3种保护酶活性在48h内均有显著升高,但升幅明显小于2℃处理的升幅。8℃低温处理不是抑制而是促进了3种保护酶活性的提高。复温结果显示,8℃低温胁迫的喜旱莲子草幼苗和对照无生长差异,2℃低温胁迫下幼苗表现出形态特征差异。     

Cd2+污染水质对水花生根系抗氧化酶活性和超微结构的影响

在不同浓度Cd^2 污染下,水花生根中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性呈现先升后降的变化,但达到最大值时的Cd^2 污染浓度,SOD的更低,过氧化物酶(POD)的活性和可溶性蛋白含量呈现持续下降的变化趋势,可溶性蛋白的含量受Cd^2 的毒害更大。随着Cd^2 污染浓度的增加和胁迫时间的延长,根尖细胞中高尔基体消失,线粒体嵴突膨胀、变形及空泡化,细胞核扭曲成不规则形,核染色质凝集,这些变化反应在功能上表现为膜脂过氧化、能量供应不足,蛋白质合成受阻而含量下降,最终导致死亡。各项结果与Cd^2 皆表现出明显的剂量效应关系,污染浓度愈大毒害程度愈深。     

重金属胁迫条件下空心莲子草的生长和营养特征分析

空心莲子草是一种常见的水生植物,并能在重金属污染的水体或附近土壤中生长.本研究发现,空心莲子草能富集6种常见的重金属元素,其富集能力为:Zn2+>Mn2+>Pb2+>Cu2+>Cd2+>Cr3+.高浓度(1 mmol/L) Cu2+、Mn2+、Zn2+和Cr3+ 等重金属胁迫处理条件下,空心莲子草的根冠比增加,生物干重、总根长和总根表面积都相应降低.此外,高浓度(1 mmol/L) Pb2+、Cd2+、Cu2+或Zn2+分别胁迫处理条件下,空心莲子草的K+、Ca+和Mg+等元素的含量变化差异显著(P＜0.05).以上研究表明,空心莲子草通过改变体内钾钙镁等重要生长元素营养情况来适应重金属污染的胁迫,有很强的富集重金属元素的能力,进而降低污染、净化水体.空心莲子草对重金属污染的生长响应及体内重要矿物元素营养特性之间的相互关系,可能为重金属污染的水土生物修复提供理论依据.     

干旱胁迫对空心莲子草抗氧化酶活性和组织学的影响

目的:空心莲子草是一种水旱两栖植物,对其抗旱性的研究越来越受到重视。初步探讨空心莲子草的抗旱机理,为进一步的分子生物学实验奠定基础。方法:采用干旱胁迫的方法,测定空心莲子草的根和叶中抗氧化酶类(SOD、POD、CAT等)的活性变化,并对其组织学的变化进行分析比较。结果:在干旱胁迫下,空心莲子草总抗氧化能力一直增大,抗氧化酶活性是先增大后减小。干旱胁迫下根中抗氧化酶的活性比叶中的活性要高,总抗氧化能力也较强。经组织学比较发现,干旱胁迫后根和叶的组织细胞变小,并有少量细胞坏死。结论:空心莲子草具有较强的抗旱性,表现在干旱胁迫时根和叶能合成大量的抗氧化酶以抵抗干旱胁迫给机体带来的伤害作用,并且总抗氧化能力一直处于较高的水平。