玉米对镉胁迫的响应及其耐镉机制研究进展

近年来,土壤重金属污染已成为严重的环境问题,对作物生产、粮食安全和人类健康构成巨大威胁。镉(Cd)由于在环境中具有潜在的毒性和高流动性,使其成为重金属中毒性最大、分布最广泛的污染物之一。玉米作为我国和世界上主要的农作物,具有生物量大,叶片、茎秆Cd富集能力高,其向籽粒转运能力较低的特点,是比较理想的Cd污染土壤修复植物。玉米生长会受到Cd胁迫浓度、胁迫时期及环境条件的影响,且品种间存在差异,不同品种对Cd毒害的耐受性不同。本文在介绍玉米对Cd吸收、转运方式及其在不同器官分布的基础上,着重阐述了Cd对玉米生长发育和对水分代谢、矿质养分代谢、光合作用和呼吸作用等主要代谢过程的影响;并从耐逆性和避逆性两方面探讨了玉米对Cd的耐受机制。结合已有研究发现,现阶段主要以不同玉米品种对Cd胁迫的生理生化响应及其耐Cd差异比较研究为主,对其存在差异的生理、尤其分子机制还缺乏深入研究;同时,对玉米Cd耐受性评价标准不一致,是以生长受到影响的程度还是以器官中镉含量作为品种对镉耐受性的判断标准还有待于商榷。未来这些问题的解决将为利用生物技术手段培育适合不同Cd污染区域的玉米品种,实现玉米产业的可持续发展奠定基础。

芽孢杆菌1JN2产胞外多糖协助寄主植物缓解镉胁迫

笔者所在课题组前期筛选到1株芽孢杆菌,能够通过胞外分泌物吸附作用协助寄主植物缓解镉离子胁迫。为了深入研究该菌株吸附镉离子的胞外分泌物组分,构建菌株胞外多糖缺失突变体,首先通过共培养试验比较野生型及突变体菌株在镉离子处理后的生长量变化、镉离子吸附能力;其次通过温室试验评价菌株协助寄主缓解镉胁迫效果及菌株定殖量变化;最后通过扫描电镜比较镉离子共培养后的野生型菌株和突变体菌体及胞外分泌物形态。结果表明,镉离子处理后野生型与突变体菌株生长量无明显差异,但是突变体菌株对镉离子吸附性明显降低。在以番茄作为寄主进行的温室试验中,野生型与突变体菌株定殖量在镉离子处理后先下降后上升,在移栽后21 d与对照组无明显差异,二者均能够增强寄主植物的耐受性,与空白对照相比植物鲜质量分别增加12%、38%,叶绿素含量分别增加14%、1%,根系活力分别增加507%、233%,叶片相对电导率分别降低41%、58%。但是突变体菌株处理组相对于野生型番茄茎中镉离子浓度提高了84%。另外,在镉离子共培养12、24、36、48 h后分别收集菌体,通过扫描电镜发现野生型和突变体菌株在镉离子处理后24 h开始菌体能够进行自我复原。说明菌株1JN2主要通过胞外多糖吸附作用降低镉离子在寄主体内积累从而协助寄主植物缓解镉胁迫。

镉处理对亚麻生长发育的影响及镉在亚麻体内的分布

利用添加了不同量(40、80 mg/kg)的外源镉(Cd)的土壤(有效Cd质量分数分别为17.40、51.50 mg/kg)进行亚麻盆栽试验,研究不同水平Cd处理对亚麻的出苗率、株高、茎粗、叶片数、生物量及不同器官Cd含量等的影响。结果表明:与对照相比,低质量分数Cd(40 mg/kg)提高了亚麻的出苗率,而高质量分数Cd(80 mg/kg)则抑制了出苗;Cd处理降低了亚麻植株的株高、茎粗和叶片数及生物量,且随着Cd处理水平的提高,亚麻的各种生长指标受抑制程度均显著加重,与对照相比,高质量分数Cd处理的亚麻的株高、茎粗、叶片数等分别降低了64.1%、51.9%和58.6%;在器官水平上,亚麻的根、叶、茎中Cd质量分数依次降低;在亚细胞水平上,Cd更多的分布在细胞壁和核糖体上,且显著高于细胞核与叶绿体、线粒体的。可见,40、80 mg/kg的Cd处理会抑制亚麻的生长和生物量的积累,而亚麻对Cd的耐受性可能是根部对Cd向上运输的限制及细胞壁和液泡对Cd的隔离所致。

龙葵修复镉污染土壤的研究进展

近年来土壤镉污染问题日趋严重,对镉污染土壤的治理迫在眉睫。植物修复是净化重金属污染土壤最有潜力的原位修复技术之一,因地制宜地选择植物修复材料是大田植物修复成功实施的关键。本文综述了镉富集植物龙葵(Solanum nigrum)对镉的富集特性及生理响应;揭示了在镉胁迫下,龙葵产生根际螯合作用、区隔化及抗氧化系统的耐镉机制;概括了龙葵与添加剂、农艺措施、微生物联合修复技术等的应用研究;阐明了未来对龙葵的研究侧重点应放在提高龙葵对土壤中镉的固定和吸收方面;研究结果为重金属污染土壤植物修复工作的深入开展提供了参考。