Pb超富集植物金丝草(Pogonatherum crinitum)、柳叶箬(Lsache globosa)

重金属超富集植物是植物修复技术的核心和前提,但目前国内发现的Pb超富集植物较少,本研究通过野外调查和室内胁迫模拟实验相结合的方法,在国内首次发现并证实金丝草和柳叶箬为Pb的超富集植物。野外调查结果表明;金丝草地上部分Pb含量1 231.80 mg/kg,转运系数达到1.32,柳叶箬地上部分Pb含量1 818.40 mg/kg,转运系数6.5。室内模拟胁迫实验表明:在Pb胁迫浓度为5 000 mg/kg时金丝草和柳叶箬对Pb的转运系数均大于1,而且其地上部分Pb含量也超过1 000 mg/kg的水平。在Pb胁迫浓度为18 000 mg/kg时2种植物体内Pb含量达到最大值,金丝草地上部分和地下部分Pb含量分别达3 789.84 mg/kg和4 964.76 mg/kg,柳叶箬地上部分和地下部分Pb含量分别达3 411.56 mg/kg和1 523.02 mg/kg。

金丝草总黄酮大孔树脂纯化工艺优化

比较了5种大孔树脂对金丝草(Pogonatherum crinitum)中总黄酮的吸附及解吸性能,采用静态和动态的吸附-解吸试验,利用紫外可见分光光度计测量金丝草总黄酮的浓度,研究不同的工艺条件对总黄酮纯化的影响。结果表明,静态分离纯化工艺的最佳参数为DA-201大孔树脂质量与吸附液体积的比值1∶10(m/V,g∶mL)、吸附液pH 3.00、恒温振荡时间3 h、解吸液为70%的乙醇溶液。动态分离纯化工艺的最佳参数为采用2 mL/min流速上样,用3个柱体积的70%乙醇,以2 mL/min流速洗脱可较好地分离纯化金丝草总黄酮。

铅胁迫对金丝草生长及生理生化的影响

采用土培方法,探究不同梯度铅胁迫(0、1000、2000和3000mg·kg^(-1))对金丝草生长形态、体内抗氧化系统和渗透调节物质的影响。结果表明:低浓度(1000mg·kg^(-1))处理会诱导金丝草叶片过氧化物酶(POD)活性、可溶性蛋白(SP)含量和根系抗超氧阴离子自由基活力(ASAFR)、可溶性糖(SS)及脯氨酸(Pro)含量增加,使得金丝草植株总抗氧化能力(T-AOC)处于较高水平,促进了金丝草株高、叶长和生物量的增加。随胁迫浓度增加,高浓度(2000~3000mg·kg^(-1))处理下,金丝草叶片和根系丙二醛(MDA)含量迅速增加,株高、叶长、叶面积和生物量下降,生长受到抑制。但金丝草通过增强叶片和根系POD、过氧化氢酶(CAT)活性来抵御过氧化作用,提高可溶性蛋白和可溶性糖含量维持细胞正常运作,增加根系生物量占比来加强根系发育,一定程度适应了高浓度铅胁迫。综上表明,金丝草主要通过叶片和根系不同抗氧化酶差异化响应、提高渗透调节物质含量,提升金丝草植株总抗氧化能力等途径来提高Pb耐性,对Pb污染矿区植物修复有较大潜力。

岩生植物金发草遗传多样性的ISSR和AFLP比较研究

禾本科岩生植物金发草〔Pogonatherum paniceum(Lam.)Hack.〕具有开发为新型国产草坪草种的潜力.用IS-SR与AFLP分子标记,分析了四川、重庆、云南及广西等地22个金发草种群的遗传多样性.用14个ISSR引物、10对AFLP引物分别扩增出239、485条谱带,多态位点百分率分别为94.98%、90.93%.两种标记均揭示出金发草种群具有丰富的遗传多样水平.由于标记原理不同,两种标记的结果呈现出微小的差别.相对而言,基于ISSR标记分析的遗传多样性参数高于AFLP标记得到的遗传多样性参数,这可能是由于金发草种群间存在着大量的微卫星变异所致.两种标记基于Nei遗传距离的聚类分析结果存在着一定的差异,但用Mantel测试对两种方法检测的遗传一致度进行相关性分析表明,它们之间存在着显著的相关性(r=0.3146,P=0.0150),用SPSS11.5软件进一步分析两种标记遗传一致度的相关性,Pearson相关系数为0.315(在0.01水平上),两种标记的聚类分析都揭示出金发草的遗传变异呈现出一定的地域分布规律.ISSR标记与AFLP标记均能应用于金发草种群的遗传多样性研究.

Pb胁迫对金丝草体内Pb化学形态及细胞分布的影响

采用室内模拟Pb胁迫水培试验,利用化学试剂逐步提取和电镜观察的方法,研究Pb胁迫下金丝草(Pogo-natherum crinitum)体内Pb的化学形态及细胞区室化作用。结果表明,Pb在金丝草根和叶中主要以HCl提取态存在,所占比例平均在30%以上,最大比例分别达46.84%和61.49%,其次为HAc提取态和NaCl提取态,残渣态和去离子水提取态所占比例较小,说明金丝草体内Pb化学形态除HCl提取态外主要以磷酸盐结合态、蛋白质结合态或吸附态等迁移活性较弱的化合态存在,从而减小Pb的毒害作用。电镜观察发现,Pb胁迫下金丝草根和叶中大部分Pb被束缚在细胞壁上,这与其化学存在形态结果一致。但金丝草根系仍可将大量Pb转移到地上部分,对Pb具有强转运能力。

环境因子对岩生植物金发草遗传多样性的影响

采用ISSR标记技术对四川、云南、重庆、广西等地不同环境条件下22个金发草种群的遗传变异进行分析。从100条引物中筛选出14条引物进行PCR扩增,共扩增出239条清晰的条带,其中227条条带具有多态性,多态位点百分率(PPB)达94.98%,金发草的观测等位基因数(Na)、有效等位基因数(Ne)、Ne i s的基因多样性(H)和Shannnon s信息指数(I)分别为1.9498±0.2188、1.4298±0.3204,0.2656±0.1592及0.4136±0.2088,揭示了金发草具有丰富的遗传多样性。根据Ne i s遗传距离对22个种群进行UPGMA聚类,表明金发草种群的遗传距离与其水平地理距离和垂直地理距离有关。M antel检验表明金发草种群间的遗传距离与水平地理距离和垂直地理距离均呈显著正相关(P<0.01),随着海拔升高,金发草的遗传多样性降低,推测可能是高海拔地区气温低、降水量大在一定程度上影响了金发草种群间的基因交流。生境类型、海拔高度、土壤类型、土壤pH、年均温度、年均降水量、年均日照时数等环境因子对金发草的遗传分化在一定程度上产生了影响,相关性分析表明,其影响均不显著,说明金发草种群对环境依赖性小,能分布在各种生境中,使其具有较高的遗传多样性水平。

三种野生岩生草本植物的抗旱性综合评价

本试验选择自然状态下生长在岩石边坡上的3种野生岩生植物金发草和丛毛羊胡子草以及狗牙根为研究材料,通过盆栽干旱胁迫试验,研究和分析了干旱胁迫下3种野生岩生植物的叶面积指数、地下干物质量积累、叶片保水力;叶片相对电导率、可溶性蛋白、叶绿素等形态和生理指标,利用主成分分析法和隶属函数值法对影响3种野生岩生植物抗旱性的指标进行了分析评价。试验结果表明,3种草的抗旱性强弱顺序为金发草>狗牙根>丛毛羊胡子草。研究结果以期为筛选、培育适应于岩石边坡植被防护的乡土护坡植物的合理开发、利用提供理论依据。

铅胁迫对金丝草AsA-GSH循环及铅积累的影响

为了探究金丝草的耐铅(Pb)机制,以金丝草为材料,测定不同浓度(0、1000、2000、3000 mg·kg-1)Pb胁迫下金丝草抗坏血酸-谷胱甘肽(As A-GSH)循环和亚细胞分布等指标。结果表明:低浓度(1000 mg·kg-1)Pb胁迫下金丝草叶片谷胱甘肽还原酶(GR)、还原型谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸(As A)含量高于对照,但未达显著水平(P>0.05);金丝草根系GR、As A、抗坏血酸过氧化物酶(APX)含量则显著增加(P<0.05),较对照增长41.1%、60.6%和74.0%。同时,低浓度(1000 mg·kg-1)Pb胁迫对金丝草根系总根长、根表面积、根平均直径和根体积也有一定促进作用。高浓度(2000、3000 mg·kg-1)Pb胁迫下,金丝草根系总根长、根表面积和根体积显著降低(P<0.05),叶片及根系细胞内叶绿体、线粒体、核仁等亚细胞器损伤严重,毒害作用渐显。但金丝草叶片和根系GR、GSH、As A含量在高浓度Pb处理下仍高于对照,细胞壁和可溶性组分Pb含量显著高于低浓度Pb处理(P<0.05),且两组分Pb含量占总量69%以上。研究表明,金丝草可通过诱导体内As A-GSH循环响应和Pb在亚细胞的差异化分配,增强植株抗氧化能力,限制Pb转运及其对细胞活跃区域的毒害来适应土壤Pb逆境。

PEG胁迫对不同培养方式下金发草愈伤组织再生能力的影响

在静置液体培养和振荡液体培养方式下,研究了聚乙二醇(PEG)胁迫对金发草[Pogona the rumpaniceum(Lam.)Hack]愈伤组织的再生能力和游离脯氨酸(F-Pro)积累的影响。发现金发草愈伤组织具有较高的耐PEG胁迫能力,培养方式与PEG胁迫对其再生抑制上存在时间与程度两个方面的表现。振荡培养方式主要表现为延迟再生时间,而PEG胁迫则主要表现为降低再生频率。两种培养方式都能使愈伤组织在PEG胁迫下发生F-Pro积累,F-Pro含量随PEG浓度的增加和培养时间的增长而升高。去胁迫后,大部分愈伤组织都能够恢复再生能力,F-Pro可能在抑制和恢复过程中作用较复杂。因此,在利用愈伤组织筛选抗旱植株时,PEG浓度应在300g.L-1以上,处理时间3周以上,静置培养更有利于抗旱突变体的筛选。

蚯蚓活动对金发草修复土壤菲芘污染的强化作用

采用盆栽试验法，研究了蚯蚓（Pheretima sp．）对金发草（Pogonatherum paniceum L．）修复菲、芘污染土壤的强化作用。结果显示，在试验浓度范围（20．1～322．1mg kg-1）内，蚯蚓活动促进了菲、芘污染土壤中金发草的生长，其根冠比明显增大。添加蚯蚓70d后，种植金发草的土壤中菲、芘的平均去除率高达77．0％、70．6％，平均去除率分别较无蚯蚓作用时（68．7％、61．2％）增长了8．3％、9．5％；相同污染水平下，蚯蚓活动对芘的强化去除程度总是大于菲。各修复因子中，植物-微生物交互作用对菲、芘去除的平均贡献率（46．6％、42．8％）最为突出，分别较无蚯蚓活动时（41．6％、36．6％）增长了5．0％、6．1％。说明蚯蚓活动可强化土壤-植物系统对土壤中菲、芘污染的去除作用。

2种野生岩生植物叶片可溶性蛋白含量对低温胁迫的响应

[目的]研究植物叶片可溶性蛋白质含量与植物抗寒性的关系。[方法]以野生岩生植物金发草和丛毛羊胡子草作为研究材料,并以目前最常用的护坡植物狗牙根作为对照,研究低温胁迫下2种野生岩生植物叶片可溶性蛋白含量的变化情况,并对蛋白质进行SDS-PAGE分析。[结果]结果表明:在低温胁迫下,丛毛羊胡子草、金发草和狗牙根的可溶性蛋白含量随处理温度的降低而增大;在各处理温度下丛毛羊胡子草可溶性蛋白含量均明显高于金发草和狗牙根,并且3种草可溶性蛋白含量12月高于8月;3种草12月蛋白质SDS-PAGE分析表明,丛毛羊胡子草蛋白质条带数最多且条带着色深,金发草次之,狗牙根蛋白质条带数最少且条带着色浅。[结论]3种草种中,丛毛羊胡子草具有较强的抗寒性。

金发草枝构件格局及其环境变异

研究分析了岩生植物金发草的枝构件特征,结果表明:金发草的分枝角度一般在 30°以内,节间距小于6 cm,平均每节有1个分枝,分枝率约为3;随植物生长级别加大,金发草枝构件空间分形维数逐步从1.282递增到1.664;在林下、陡坡、荒坡的生境条件下,植物枝构件构型特征有明显区别,在林下趋于“游击型”,在荒坡和陡坡上趋于“聚集型”。

岩生植物金发草生长特征研究

研究了重庆地区金发草在3种基质5种生境中的生长特征.结果表明,5种生境下金发草基径、冠幅、高度及根系面积、最长根和根深差异极显著.3种基质中,紫色土中金发草的地上部分基径(15.18cm)、冠幅(3086.77cm2)和高度(66.58cm)均为最大值,而紫色砂岩金发草的基径(10.89cm)、冠幅(1868.79cm2)和高度(60.75cm)均为最小值,但差异不显著.砂岩中金发草的根系比紫色土中分布广泛,差异显著,说明岩石生境中金发草将较多生物量投入到根系,通过增加根系的生长,提高其在岩石上的固着能力,扩大根系吸收面积,忍耐岩石基质的干燥和贫瘠.

Pb胁迫对富集植物金丝草种子萌发和幼苗生长的影响

以Pb超富集植物金丝草种子为试验材料,选取同为禾本科的百喜草种子为对照,设置不同Pb浓度(0、50、150、300、600、800 mg/L和1 000 mg/L)的胁迫水平,测定Pb胁迫条件下金丝草和百喜草种子的发芽率、发芽势及根长、芽长、胚质量等指标,比较Pb胁迫对金丝草和百喜草种子各萌发指标、抑制指数和幼苗生长影响的差异。结果表明:低Pb浓度胁迫(50 mg/L)对金丝草种子发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数有一定促进作用,随胁迫浓度的增大,种子萌发的各项指标受到较大程度的抑制,Pb胁迫浓度大于300 mg/L时,金丝草种子萌发受到显著抑制;而Pb胁迫条件下金丝草种子萌发指标均小于百喜草,但金丝草种子对Pb胁迫具有较强耐性,在Pb胁迫浓度为800 mg/L时,仍有一定萌发能力;Pb胁迫对金丝草根长和芽长无显著影响。

两种野生岩生植物的抗旱适应性研究

采用盆栽试验研究干旱胁迫下两种野生岩生植物金发草[Pogonatherumpanideum(Lam.)Hack]、丛毛羊胡子草(ErioophorumcomosumNees)的抗旱形态、生理表现。结果表明随着干旱胁迫程度加强,两种野生岩生植物的叶片相对电导率增大;胁迫初期可溶性蛋白含量小幅度增加,随后呈缓慢下降;金发草丙二醛(MDA)含量呈上升趋势,羊胡子草则先降后升;金发草可溶性糖含量先升后降,羊胡子草则一直呈现缓慢上升趋势;游离脯氨酸(Pro)含量均呈先升后降趋势。综合各项指标,丛毛羊胡子草抗旱性强于金发草。

岩生植物金发草对作物的化感效应

采用生物测定法研究金发草根、茎、叶水浸提液对水稻、小麦、油菜和莴苣等4种受体植物的化感作用。结果表明,金发草根、茎、叶水浸提液对4种受体植物种子萌发和幼苗生长均具化感作用,且随着水浸提液浓度的增高而增强。除水稻外,小麦、油菜、莴苣的发芽速率均受金发草水浸提液的显著抑制,但对最终发芽率影响不显著,说明金发草对植物种子萌发的化感作用主要是延迟种子发芽时间;金发草对作物幼苗生长的化感作用总体上表现为促进地上部分生长而抑制地下部分的生长。受体植物不同发育期对金发草化感作用的敏感程度不同,幼苗期高于萌发期;金发草叶的化感作用最强,其综合效应分别为根与茎的2.14倍和2.56倍。

异质Pb胁迫对超富集植物金丝草根系生长及生物量分配的影响

以Pb超富集植物金丝草(Pogonatherum crinitum)为试验材料,设置不同Pb浓度的土壤异质胁迫室内模拟试验,定量测定不同Pb胁迫浓度和斑块中金丝草的根长、体积、表面积、平均直径等形态指标,以及根系和地上部分的生物量,比较不同异质Pb胁迫下金丝草根系形态指标及生物量分配的差异。结果表明,异质Pb胁迫对金丝草根长、根体积、表面积影响较明显,但对根平均直径的影响较小;随Pb胁迫浓度的增加,金丝草在Pb胁迫斑块和无Pb斑块的根长、根体积和表面积均呈逐渐增大的趋势,但无Pb斑块均大于Pb胁迫斑块;无Pb左室、Pb胁迫右室及整株根冠比均随Pb胁迫浓度的增加表现为先增大后减小的变化规律,表明轻度Pb胁迫条件下金丝草根系生物量分配较多,但随Pb胁迫浓度的增大,地上部的生物量所占比例逐渐增大。

Pb胁迫对金丝草和柳叶箬生长及富Pb特征的影响

以本课题组前期研究筛选出的2种Pb潜在超富集植物金丝草和柳叶箬为研究对象,通过室内模拟胁迫水培试验,研究Pb胁迫下2种植物的生长及Pb富集规律.结果表明:金丝草和柳叶箬均对Pb具有较强的耐性,可忍耐最高Pb胁迫浓度分别达1000和1500 mg·L-1;随Pb胁迫浓度的增高,2种植物地上和地下部分的Pb含量均呈现先增大后减少的规律;金丝草地上和地下部分的Pb含量在Pb胁迫浓度为750 mg·L-1时均达最大,分别为4639.4和5467.2 mg·kg-1;柳叶箬地上和地下部分的Pb含量在Pb胁迫浓度为1000 mg·L-1时达最大,分别为6828.4和9034.6 mg·kg-1;不同Pb胁迫浓度下,2种植物转运系数的变化范围为0.57-1.14;在Pb胁迫浓度为250 mg·L-1时,金丝草对Pb的转运系数大于1,且地上部分的Pb含量超过1000 mg·kg-1,达到Pb超富集植物的标准.

岩生植物金发草生长发育对水分的响应

在透光棚玻璃中,采用称重补水法将土壤含水量保持在:2%(θ1)、4%(θ2)、6%(θ3)、8%(θ4)、10%(θ5)、15%(θ6)、20%(θ7)、25%(θ8)、田间持水量(θ9)9个梯度,研究了不同土壤含水量条件下岩生植物(rock plant)金发草(Pogonatherum paniceum)生长对水分的响应,分析了不同土壤含水量对金发草生长高度,分蘖,分叶,生物量等生长指标的影响.结果表明,在土壤含水量为6%时,金发草仍然能保持正常生长;土壤含水量为极低的2%和4%时,金发草也能存活生长1月之久;在土壤含水量为20%时,金发草生长迅速,高度,分蘖,分叶,生物量等指标均为最高.

3种岩石边坡护坡植物叶片质膜透性和可溶性糖含量对低温胁迫的响应

以野生岩生植物金发草(Pogonatherum paniceum)和丛毛羊胡子草(Eriophorum comosum)为研究材料,以目前最常用的护坡植物之一狗牙根(Cynodon dactlylon)作为对照,研究低温胁迫下两种野生岩生植物叶片质膜透性和可溶性糖含量的变化情况。结果表明:在低温(0,-5,-10,-15,-20℃)胁迫下,随着温度的降低,丛毛羊胡子草、金发草和狗牙根等3种植物的电解质渗出率均增大,可溶性糖含量均增加;在5种处理温度下,丛毛羊胡子草电解质渗出率均低于金发草和狗牙根,而可溶性糖含量均高于金发草和狗牙根;半致死温度均低于金发草和狗牙根;3种植物的电解质渗出率在12月低于8月,而可溶性糖含量则相反,即12月高于8月。这一结果说明3种植物中丛毛羊胡子草的抗寒性最强,且自然温度缓慢降低有利于3种植物抗寒能力的诱导和提高。