丛枝菌根在植物修复重金属污染土壤中的作用

丛枝菌根（Arbuscular mycorrhizae,AM）是自然界中分布最广的一类菌根,AM真菌能与陆地上绝大多数的高等植物共生,常见于包括重金属污染土壤在内的各种生境中。在重金属污染条件下,AM真菌可以减轻重金属对植物的毒害,影响植物对重金属的吸收和转运,在重金属污染土壤的植物修复中显示出极大的应用潜力。重点介绍了AM真菌对植物重金属耐性的影响及其在植物提取和植物稳定中的应用等方面的进展,讨论了未来研究所面临的任务和挑战。     

根系分泌物及其在植物修复中的作用

 近年来环境污染日益严重,污染物在土壤植物中的行为引起了人们的高度关注。利用植物去除土壤水体等介质中污染物的植物修复是近10年来兴起的一项安全、廉价的技术,已成为污染生态学和环境生态学的研究热点,它通过植物吸收、根滤、稳定、挥发等方式清除环境中的重金属和有机污染物。国内外有关植物修复的研究报道和概述很多, 但对植物根系分泌物在植物修复中所起的作用及其机理少有述评。 本文从根系分泌物对土壤重金属和土壤有机污染物的去除作用出发,对根系分泌物的种类、数量及其在去除环境污染物中的作用机理和功能地位进行了总结,并借助研究事例对影响植物根系分泌的内外因子,如植物种类、营养胁迫、重金属胁迫、根际环境的理化性质、土壤微生物及其它环境因子进行了讨论。概言之,根系分泌物在修复污染土壤中的重金属途径是多种多样的,主要是通过调节根际pH值、与重金属形成螯合物、络合反应、沉淀、提高土壤微生物数量和活性来改变重金属在根际中的存在形态以及提高重金属的生物有效性,从而减轻它对环境的危害。在清除有机污染物时,根系分泌物中的酶可以对有机污染物进行直接降解,根系分泌物影响下的微生物也可以对有机污染物进行间接降解,且被认为是主要的降解途径。根系分泌物在植物修复过程中确实起着某些重要作用,今后应将这方面的研究重点放在某些特异性根系分泌物植物,尤其是某些重金属超富集植物资源的寻找、筛选上,通过室内实验和野外研究确定其根系分泌物对清除重金属和有机污染物的效率,证实超富集植物根系分泌物的特异性与污染物超富集的内在联系,找到污染土壤生态恢复和治理的有效方法并加以推广应用,如针对性地在被污染地大面积种植此类具特异性根分泌物植物,并辅以营林措施如修剪等,加快生物修复进程,提高修复效率。植物根系分泌物在植物修复过程中所具有的重要生态意义和可能应用前景,为污染生态学和化学生态学之间的联合研究开拓了全新的领域,今后将取得新的突破和重要进展。     

芦苇在微咸水河口湿地甲烷排放中的作用

本研究以长江口微咸水河口湿地为研究对象,通过模拟潮汐淹没和改进的静态箱法,针对芦苇在不同淹水条件下对甲烷的传输作用进行了研究。结果表明,长期淹没样点割除芦苇前后平均甲烷释放分别为1.60 mgCH4 m-2h-1和0.50 mgCH4 m-2h-1,而短期淹没样点割除芦苇前后平均甲烷释放分别为0.94 mgCH4 m-2h-1和0.55 mgCH4 m-2h-1。芦苇的存在增加了大约41.5%—69%的甲烷释放,割除芦苇导致长期淹没样点甲烷释放显著地减少。从淹水前到淹水后的一个潮周期内,长期淹没样点和短期淹没样点的甲烷释放分别在淹没期达到最小和最大释放(1.21 mgCH4 m-2h-1 vs. 1.18 mgCH4 m-2h-1),说明芦苇对甲烷的传输作用受到潮汐淹没程度的影响。实验室针对芦苇自身产甲烷的可能性进行的离体芦苇茎干和叶片的甲烷释放研究发现,离体茎干释放大约0.7 μL/L和0.2 μL/L甲烷,且下部茎干的甲烷释放量要明显高于上部茎干和叶片,随后均不再增加。结果进一步证实芦苇增加的甲烷排放来自对土壤气体的传输。同时,传输作用主要发生在植株的下部茎干。     

5种湿地植物对土壤重金属的富集转运特征

选择芦苇、水葱、千屈菜、扁秆藨草、长苞香蒲5种湿地植物进行盆栽实验,比较它们对土壤中的5种重金属镉、铬、汞、铅、锌的富集特性,分析重金属在各植物体和土壤中的动态分布,以评价所测植物对土壤中重金属的综合富集能力,为利用植物修复金属污染土壤提供理论依据和技术支持。结果表明:(1)种植湿地植物对土壤重金属的富集效果显著高于无植物对照,且随着处理时间的延长,土壤中重金属镉、铬、汞、铅、锌的含量均呈下降趋势。(2)湿地植物对重金属镉、铬、汞、铅、锌的富集效果差异显著,其中水葱根部对重金属镉的富集系数最大,芦苇根部对重金属铬、汞、铅、锌的富集系数均最大,千屈菜、扁秆藨草和长苞香蒲根部对5种重金属的富集系数均较小;芦苇地上部分对金属镉的富集系数最大,千屈菜地上部分对金属铬、汞、铅的富集系数均最大,水葱地上部分对金属锌的富集系数最大。(3)5种湿地植物对重金属镉、铬、汞、铅、锌的转移系数差异显著,其中扁秆藨草对土壤中镉、铬、铅、锌的转移系数均为最大,对铬和锌的转移系数均大于1,长苞香蒲对铬的转移系数大于1,仅次于扁秆藨草。其他3种植物对5种重金属的转移系数均小于1。研究表明,5种湿地植物对重金属Cd、Cr、Hg、Pb、Zn都有富集和转移的能力,但不同植物对不同重金属的富集效果不同。     

入侵植物加拿大一枝黄花与乡土植物芦苇的相互化感作用

以加拿大一枝黄花和芦苇的共优群落和各自单优群落的种子为化感受体,分析其分别在加拿大一枝黄花和芦苇5个浓度梯度(12.5、25、50、100和200mg·mL-1)浸提液处理下的发芽率和芽长差异,研究2种植物的相互化感作用规律.结果表明:2种植物在共优群落中的千粒重和蒸馏水培养下的发芽率均比单优群落大.加拿大一枝黄花的浸提液对自身种子发芽率在单优和共优群落中均具有在低浓度下(12.5、25 mg·mL-1)轻微促进、中高浓度下(50、100和200mg·mL-1)强烈抑制的作用,其中对共优群落种子的抑制作用尤为显著;而芦苇浸提液对加拿大一枝黄花种子的影响无明显规律.加拿大一枝黄花的种子芽长在单优和共优群落中均随自身浸提液浓度的升高趋于减小,随芦苇浸提液浓度的升高呈波动减小趋势.在芦苇和加拿大一枝黄花浸提液处理下,芦苇种子发芽率在单优群落中均显著大于共优群落(P＜0.05),但2种浸提液处理间无显著差异.     

蚯蚓在重金属污染土壤生物修复中的应用潜力

综述了不同生态类型的蚯蚓的特性及其土壤生态功能;总结了其对土壤重金属富集和有效性的作用及影响重金属活化的机理,并指出目前相关的生物化学机理研究的不足及其未来研究方向.同时,文章针对蚯蚓在农业和环境领域的应用现状,提出其应用于重金属污染土壤的植物提取技术的可能性,在未来工作中应加强真实污染土壤室内模拟和田间试验研究,进一步探索筛选和繁育本地蚯蚓品种以及添加有机物等相关技术.     

植物螯合肽及其在抗重金属胁迫中的作用

植物螯合肽(PCs)广泛存在于植物体中,与植物抗重金属胁迫关系密切。植物螯合肽及其复合物是一类富含半胱氨酸的低分子量化合物。现有研究证明,PCS由谷胱甘肽(GSH)为底物的酶促反应合成,其合成受相关基因的调控,从模式植物拟南芥的突变体中已分离到与PCS合成有关的几个基因。植物螯合肽首先与重金属离子结合形成低分子量(LMW)复合物,以此形态经由细胞质进入液泡后,再与一个分子的植物螯合肽结合,形成对植物组织毒性较小的高分子量(HMW)复合物,从而达到缓解重金属对植物的危害作用。就植物螯合肽及其复合物的结构、生物合成、基因调控及重金属解毒机理等进行了综述,并对今后的研究方向提出了一些看法。     

miRNA在植物重金属胁迫应答中的作用

microRNA （miRNA）是一种新型的长度为20~24 nt的非编码RNA,通过对靶基因的表达调节进而参与调控植物体的多种生理代谢活动。重金属是一类重要的环境污染物,严重危害植物的生长发育,甚至导致植物死亡。植物在长期的进化过程中形成了抵御重金属胁迫的多种机制,如miRNA对特定基因转录后水平的调控就在逆境胁迫应答中发挥重要作用。本文综述了植物中参与重金属胁迫应答miRNA的种类及作用机制,为揭示重金属胁迫条件下基因表达调控机制,以及利用基因工程手段改良植物对重金属的耐受性提供了线索和依据。     

有机框架材料在多肽富集的应用

生物医药领域近年来发展迅猛,多肽类药物因其生物学活性高、毒性小、生物相容性好等优势,在肿瘤治疗、细胞活性模拟、抗体检测等领域展开广泛应用,多肽的检测分析也成为研究的一大热点。传统的色谱法、溶剂沉淀法、离心超滤法和固相萃取法对多肽能够展现富集效果,但富集的效率往往不够理想。近年来,以有机框架材料为代表的纳米材料,在气体吸附、荧光、传感和催化等领域展开了广泛应用。有机框架材料凭借着独特的结构尺寸,成为了一类理想的生物吸附剂。由于其具有表面可修饰性,能够大大提高对多肽的富集效率。本文着重介绍近5年来金属-有机框架材料（metalorganic frameworks,MOFs）和共价-有机框架（covalent-organic frameworks,COFs）在多肽富集中的应用。     

菌根和根分泌物在植物抗重金属中的作用

多年来人们对植物抗重金属的研究一直集中在植物体内的代谢调节和控制上。随着近年来对根际环境的研究,人们发现植物体外的根际环境对植物抗重金属有着重要的影响,目前研究主要集中在对菌根真菌和根系分泌物与植物抗重金属的关系,本文就近年来对菌根真菌和根系分泌物在植物抗重金属毒害中发挥的作用及其可能机理的研究状况作一概述,并对该领域的研究和应用前景作出展望。     

Common Reed Phragmites australis: Control and Effects Upon Biodiversity in Freshwater Nontidal Wetlands

Phragmites australis (common reed) has expanded in many wetland habitats. Its ability to exclude other plant species has led to both control and eradication programs. This study examined two control methods—herbicide application or a herbicide‐burning combination—for their efficacy and ability to restore plant biodiversity in non‐tidal wetlands. Two Phragmites‐dominated sites received the herbicide glyphosate. One of these sites was burned following herbicide application. Plant and soil macroinvertebrate abundance and diversity were evaluated pre‐treatment and every year for four years post‐treatment using belt transects. The growth of Phragmites propagules—seeds, rhizomes, and rooted shoots—was examined in the greenhouse and under bare, burned, or vegetated soil conditions. Both control programs greatly reduced Phragmites abundance and increased plant biodiversity. Plant re‐growth was quicker on the herbicide‐burn site, with presumably a more rapid return to wetland function. Re‐growth at both sites depended upon a pre‐existing, diverse soil seed bank. There were no directed changes in soil macroinvertebrate abundance or diversity and they appeared unaffected by changes in the plant community. Phragmites seeds survived only on bare soils, while buried rhizomes survived under all soil conditions. This suggests natural seeding of disturbed soils and inadvertent human planting of rhizomes as likely avenues for Phragmites colonization. Herbicide control, with or without burning, can reduce Phragmites abundance and increase plant biodiversity temporarily. These changes do not necessarily lead to a more diverse animal community. Moreover, unless Phragmites is eradicated and further human disturbance is prohibited, it will likely eventually re‐establish dominance.     

Accumulation of Metals and Boron in Phragmites australis Planted in Constructed Wetlands Polishing Real Electroplating Wastewater

The concentration of metals (Al, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn) and B were determined in the above- and belowground biomass of Phragmites australis collected from the microcosm constructed wetland system used for the polishing of real electroplating wastewater. Translocation factor and bioconcentration factor were determined. Pearson correlation test was used to determine correlation between metal concentration in substrate and above- and belowground parts of Phragmites australis. The obtained results suggested that Phragmites australis did not play a major role as an accumulator of metals. It was observed also that the substrate could have exerted an effect on the translocation of Ni, Cu, Zn and Mn. The analysed concentrations of metals and B in biomass were in the range or even below the concentrations reported in the literature with the exception of Ni. The aboveground biomass was found suitable as a composting input in terms of metals concentrations.     

芦苇生态型研究进展

芦苇生态幅极广,适生于多种生境类型。不同的环境选择压力如水深、盐度、养分、气候等交互影响致使芦苇个体及种群间发生不同程度的分化和变异,形成了形态、生理或遗传上互有差异、异地性的不同生态型。尽管基于芦苇表型变异以及遗传变异进行生态型划分的研究已开展很多,但针对芦苇生态型变异规律及其可能的形成机制的认知仍存在较多分歧。在总结近年来有关芦苇生态型研究文献的基础上,通过对影响芦苇生态型变异的主要因素——环境因素和遗传因素的分析,以期为芦苇生态型的划分及其可能的形成机制提供新的研究思路。(1)空间尺度的选择应成为研究者分析、划分芦苇生态型的首要定位。在较大的地理空间尺度上,高度异质性的生境导致某些性状的变异式样具有相对的不连续性,可作为不同芦苇生态型鉴别与描述的主要依据;(2)在合理的尺度定位、取样设计和统计分析的基础上开展的表型变异研究,及进一步基于种群水平的分子标记研究(分子指纹特征或特有等位基因),可为芦苇生态型的鉴定、划分提供更为可靠的参考数据,并且可以甄别生境差异(环境响应)和遗传变异对芦苇不同生态型分化的贡献;(3)应同时进行不同生态型的特定性状与功能(株高、茎粗、生物量、生理抗逆性、水体污染物净化能力等)的定位,推动优良基因型的选育与扩繁。     

北京地区芦苇资源状态及其多样性

为探明北京地区芦苇(Phragmites australis)的资源状态和多样性, 实地考察北京主要河流、湿地和水库, 发现北京地区芦苇总生长面积已超过600 hm²。芦苇染色体倍性以八倍体为主, 四倍体次之。在面积较大的湿地内, 八倍体单一芦苇群落占据优势地位; 而在城市的浅河内有形态和遗传性多样的混合种群。研究表明, 植物性状和倍性水平之间无显著相关性。在小清河发现了6种形态各异的芦苇克隆, 均属于叶绿体DNA片段的P单倍型; 其单倍体基因组大小为(0.499±0.019) pg, 变异系数为3.8%。这表明表型与单倍型之间也不具相关性。此外, 发现1个具有变叶特性的芦苇, 将其命名为金条芦苇。北京地区芦苇形态和遗传多样性为研究芦苇基因型与环境适应性之间的关系提供了珍贵的资源。     

Morphology and Genetic Diversity of Phragmites australis in Beijing

为探明北京地区芦苇(Phragmites australis)的资源状态和多样性, 实地考察北京主要河流、湿地和水库, 发现北京地区芦苇总生长面积已超过600 hm²。芦苇染色体倍性以八倍体为主, 四倍体次之。在面积较大的湿地内, 八倍体单一芦苇群落占据优势地位; 而在城市的浅河内有形态和遗传性多样的混合种群。研究表明, 植物性状和倍性水平之间无显著相关性。在小清河发现了6种形态各异的芦苇克隆, 均属于叶绿体DNA片段的P单倍型; 其单倍体基因组大小为(0.499±0.019) pg, 变异系数为3.8%。这表明表型与单倍型之间也不具相关性。此外, 发现1个具有变叶特性的芦苇, 将其命名为金条芦苇。北京地区芦苇形态和遗传多样性为研究芦苇基因型与环境适应性之间的关系提供了珍贵的资源。     

丛枝真菌对互花米草和芦苇氮磷吸收的影响

互花米草(Spartina alterniflora Loisel.)是我国海滨盐沼的入侵植物,与土著种芦苇(Phragmites australis)形成了广泛的竞争;已知丛枝菌根(AMF)对不同植物的生长存在差异性影响;但其对互花米草与芦苇之间的种间关系,是否对互花米草入侵芦苇群体产生作用值得探讨.研究对两物种进行了丛枝菌根接种处理,种植模式处理和盐度处理的三因素实验.结果表明:盐度增加使得单种时芦苇、混种时互花米草的AMF侵染率显著下降(p<0.05),而混种时芦苇和单种时的互花米草AMF侵染率受盐度影响不显著(p>0.05).混种时,两种植物的丛枝菌根形成均受对方影响,并且盐度升高使两种植物之间对AMF侵染率的影响发生变化,在淡水生境下混种时,芦苇的AMF侵染率比单种时降低40.5%,互花米草的AMF侵染率比单种时提高了86.9%,均差异显著(p<0.05);在低盐度下混种时芦苇的AMF侵染率比单种时降低24.7%,差异显著(p<0.05),而对互花米草的影响不显著;在高盐度下混种对芦苇的AMF侵染率影响不显著,而使互花米草的AMF侵染率显著降低,降低率比例达78.7%.在淡水生境下,丛枝菌根对芦苇和互花米草的N、P吸收均有显著的促进作用;但是在咸水生境下生长时芦苇的N、P含量主要受盐度的显著影响(p<0.05),随盐度增加而增加;虽然在咸水生境下丛枝菌根仍旧促进芦苇的N、P吸收,但其影响远小于盐度的影响,并且促进效果受到盐度的抑制;但互花米草的N、P含量不受盐度影响.由此可见,接种AMF对这两种植物的氮磷吸收有着不同程度的促进,其作用大小与侵染程度有关,且受到盐度和种植模式的影响.     

扎龙芦苇遗传多样性ISSR分析

采用ISSR分子标记技术对扎龙湿地的5个野生芦苇居群进行了遗传多样性研究.从75条ISSR引物中筛选出10个特异性强、稳定性好的引物进行ISSR分析.共获得96个位点,其中多态位点94个,多态位点百分率为97.92％.PopGene分析结果表明:居群的平均多态位点百分率为56.46％,Shannon's多样性指数(J)...     

Isoprene emission and primary metabolism in Phragmites australis grown under different phosphorus levels

Aquatic plants are generally used for wastewater purification and phytoremediation, but some of them also emit large amounts of isoprene, the most abundant biogenic volatile organic compound. Since isoprenoid biosynthesis requires high amounts of phosphorylated intermediates, the emission may also be controlled by inorganic phosphorus concentration (Pi) in leaves. We carried out experiments to determine the emission of isoprene from Phragmites australis plants used in reconstructed wetlands to phytoremediate elevated levels of phosphorus contributed by urban wastes. Four groups of plants were grown hydroponically in water containing different levels of KH(2)PO(4). High levels of phosphorus in the water resulted in high Pi in the leaves. High Pi stimulated photosynthesis at intercellular CO(2) concentrations lower and higher than ambient, implying higher ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase (Rubisco) activity and higher ribulose 1,5-bisphosphate regeneration rates, respectively. However, isoprene emission was substantially lower at high Pi than at low Pi, and was not associated to photosynthesis rates at high Pi. This surprising result suggests that isoprene is limited by processes other than photosynthetic intermediate availability or by energetic (ATP) requirements under high Pi levels. Irrespective of the mechanism responsible for the observed reduction of isoprene emission, our results show that Phragmites plants may effectively remove phosphorus from water without concurrently increase isoprene emission, at least on a leaf area basis. Thus, Phragmites used in reconstructed wetlands for phytoremediation of urban wastes rich of phosphates will not contribute high loads of hydrocarbons which may influence air quality over urban and peri-urban areas.     

铅污染下芦苇体内铅的分布和铅胁迫相关蛋白

用Pb(NO3 ) 2 10mmol/L处理芦苇幼苗 7d后 ,检测铅在其不同器官、细胞不同区隔和不同化学状态之间的分布以及铅胁迫相关蛋白。结果显示 ,受铅污染后芦苇幼苗根、地下茎、茎和叶片的铅含量增加 ,它们的大小顺序为根 >地下茎 >茎 >叶片。细胞不同部分铅含量的大小顺序为细胞间隙 >细胞壁 >液泡 >细胞质。在根部和叶片中 ,均以活性较低的醋酸可提取态铅和盐酸可提取态铅占优势。在铅胁迫下 ,从芦苇根和叶片中检测出一些铅结合蛋白。另外 ,铅除诱导芦苇合成一种新的不结合铅的蛋白质外 ,还导致一种分子量大约为 72 0 0 0的蛋白质消失。芦苇抗铅胁迫有以下几种机制 :根部比地上部分积累较多的铅 ;铅在体内形成难溶性化合物 ;铅沉淀在质外体内 ;形成铅结合蛋白质和诱导蛋白     

Die-back of Phragmites australis: influence on the distribution and rate of sediment methanogenesis

Methanogenesis was measured during the summer of 1994, in sediment coresand bulk samples from a Phragmites australis wetland in northern Jutland,Denmark. We compared sediment from healthy reed and dying-back reed, andan open lagoon resulting from die-back. Cores revealed variability withdepth and between sites, with the highest rates coinciding with layers oforganic gyttja, and negligible methane production from the underlying sandbase. Methanogenesis rates in the lagoon and die back sites were higher(up to 100–150 nmol h^-1 g^-1dry wt. sediment) than in the healthy reed (50–80 nmolh^-1 g^-1), with the highest rates being recordedfrom May to July. At these times, methanogenesis was markedly temperature-limited; samples incubated at 30 °C anon-limiting temperature, gave rates as high as 200–400nmol h^-1 g^-1 for the lagoon and die-backareas and 150 nmol h^-1 g^-1 for the healthyarea. Addition of 8 mM acetate and H₂/CO₂headspace suggested that both acetate-fermenting andCO₂-reducing bacteria were present. Acetate additions suggested some co-limitation by substrate availability, with acetate limitation occurring in the healthy site during July and in the die-back site during August. Lower rates during August, especially in the healthy area, were associated with low water levels which resulted in more oxidized sediments. The data reveal highly variable methanogenesis in the sediment which, when considered with sediment depths, indicates that sites of Phragmites die-back have significantly greater rates of anaerobic mineralization than surrounding healthy wetland, and may be intense sources of methane.