气候变化背景下低温胁迫对三角梅叶绿素荧光参数及抗氧化体系的影响

[目的]为探明气候变化背景下低温对三角梅生理生化表现及其对低温胁迫的内在适应机制。[方法]以具有强、中、弱耐寒能力的宫粉、热火、百变三角梅为材料,采用室内盆栽试验,低温处理7,14,21天,研究不同耐寒型三角梅光合系统和抗氧化体系在各周期下对低温胁迫的响应情况。[结果](1)低温处理期间,各品种初始荧光(F 0)均有所上升,其中宫粉三角梅变化最为显著,较第0天增长60.2%,最大荧光(F m)、PSII有效光化学电子产量(F v/F m)以及光合相对电子传递速率(ETR)则迅速降低,并于第21天时达到最低水平。三角梅的光化学猝灭系数(qP)均随着低温胁迫加剧而下跌,而热火三角梅与宫粉三角梅的非光化学猝灭系数(qN)大幅提高。(2)低温胁迫后各品种三角梅SOD、POD、CAT酶活性均显著下降,并随着胁迫时间的延长而加剧,即低温对三角梅抗氧化酶活性产生严重抑制,其中宫粉三角梅的SOD、POD、CAT酶活性均高于其余2个品种,可见宫粉具有强抗寒能力。(3)在AsA-GSH循环体系中,低温下各三角梅叶AsA含量与DHA含量均明显增加,21天时3个品种三角梅的GR活性分别较0天上升180.91%,175.97%,112.37%,且宫粉三角梅在21天时AsA/DHA比率、APX活性与DHAR活性显著提升。[结论]低温通过影响PSⅡ光化学反应中心而抑制植株的生长,三角梅可通过开启光合系统保护机制减少光抑制,此外还积累渗透调节物质,启动抗氧化系统产生应激调节作用,以清除自身体内快速增生的ROS减轻低温伤害。

混合白腐真菌的固定化及其在治理铅污染废水中的应用

【目的】为缓解重金属废水污染对全球食品安全和人类健康的威胁,降低铅(plumbum,Pb)在土壤及动植物体内的积累,借助固定化技术提高菌株的重金属去除效率。【方法】以白腐真菌(white rot fungi)为实验材料,通过混菌兼容性及铅离子(Pb^(2+))去除能力筛选出吸附效果好且兼容性优的复合菌种,探究最优混菌类型及其比例,优化菌球最佳固定化助剂配方,在此基础上深入探究菌球在实际应用中的最优吸附条件。【结果】黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)、云芝(Coriolus versicolor)、凤尾菇(Lentinus sajor-caju)和平菇(Pleurotus ostreatus)4种菌株兼容效果佳,可进行后续实验;其中云芝和凤尾菇以体积1:1混合后对Pb^(2+)去除效果显著优于各单菌作用;固定化条件优化实验中,20.0 g/L海藻酸钠、15.0 g/L生物炭和2.0×10^(6)个/mL白腐真菌组成混菌体系,辅以二氧化硅及沸石制得的固定化菌球在96 h Pb^(2+)去除率为90.63%,且制得的固定化菌球机械强度高,耐受机械剪切力强;环境条件优化实验中,固定化菌球投加量为8.35 g/L、pH 5.64时,96 h Pb^(2+)去除率可达97.45%;本固定化菌球吸附-解吸-再吸附后可重复利用7次并保持高效Pb^(2+)去除能力。【结论】固定化白腐真菌混合菌株相较传统的单菌处理方式能够显著提高微生物利用率及含铅废水处理效率,在适宜的条件下短时间内可极大程度吸附废水中的Pb^(2+),减轻重金属污染物造成的环境生态威胁,因此将固定化白腐真菌混合菌株应用于重金属废水修复领域对推进环境保护事业具有重要意义。

外源有机酸对铝胁迫下菊芋生理响应系统的调控效应

铝(Al)是酸性土壤常见的金属污染物之一。为探明外源有机酸对铝胁迫下菊芋(Helianthus tuberosus)生理特征及根系DNA损伤的影响,以耐铝品种徐州菊芋和铝敏感品种资阳菊芋为材料,设置0、350和700μmol·L^(-1)铝处理,同时分别施加0、30、60和90μmol·L^(-1)复合有机酸,探究外源有机酸对铝胁迫下各时期(7、14和21天)菊芋生理响应和DNA损伤的影响。结果表明,铝胁迫抑制菊芋根伸长与根系活力,严重损害菊芋的光合机构与抗氧化系统,随着铝浓度的增加,DNA拖尾程度升高,DNA受损加剧。而施加复合有机酸能有效缓解铝胁迫造成的损伤。施加60μmol·L^(-1)有机酸可增强抗氧化酶活性,提高最大光化学效率并促进根尖有机酸分泌,其中柠檬酸分泌量分别比对照高2倍(徐州菊芋)及0.75倍(资阳菊芋),根尖铝含量降低,根系活力增强,徐州菊芋和资阳菊芋DNA尾距较单独铝处理组下降51.53%和35.10%,显著缓解DNA拖尾现象,较大程度修复了DNA断裂。综上,铝胁迫对菊芋造成的损害严重且较难缓解,60μmol·L^(-1)有机酸能增强低铝胁迫下菊芋生理响应,降低DNA受损程度,提高菊芋的抗逆性,且在铝敏感品种资阳菊芋中缓解效果更好。该研究揭示了外源复合有机酸对铝胁迫下菊芋生理响应系统的调控作用,可为菊芋等经济作物在南方酸铝地区的种植与生产提供理论依据。

硼铝互作对栝楼根系生理代谢的调控效应

铝是酸性土壤中导致植物生长受阻的关键因素.为探究硼铝互作对栝楼根系生理调控效应,以耐铝性差异较大的安国栝楼和浦江栝楼为材料,探究了不同浓度梯度铝(0、300、800μmol·L^(-1))和硼(0、25、50、100μmol·L^(-1))共处理对栝楼各时期(10、20、30 d)根系生理代谢及遗传稳定性的影响.结果表明:栝楼根系生理受铝胁迫严重,各指标随铝浓度增加程度不断加深,且相较于浦江栝楼,安国栝楼对抗铝能力更强,生理响应更为稳定.浓度为25、50μmol·L^(-1)的硼与铝互作能缓解铝胁迫对栝楼根系造成的抑制效果,其中,细胞壁各多糖组分含量增加,果胶甲酯化程度(Degree of Methylation,DM)提升;有机酸的代谢中,柠檬酸合酶(Citrate Synthetase,CS)活性增加,顺乌头酸酶(Aconitase,ACO)活性降低,促进了柠檬酸(Citric Acid,CA)的积累以抵抗外界铝胁迫;根系DNA损伤得到一定修复,进而导致根长、根系活力、抗氧化酶活性提高,铝转运能力下降,最终降低植株地上地下部分铝含量.可见硼铝互作利于栝楼抵抗铝毒,且在25~50μmol·L^(-1)时效果最明显.