干旱预处理对八宝景天响应镉铜胁迫的影响

为探究干旱预处理对八宝景天响应镉铜胁迫的影响,将八宝景天幼苗分别用0%,5%,10%,15%,20%,25%(对应水势分别为0,-0.05,-0.15,-0.30,-0.50,-0.77MPa)的PEG-6000溶液模拟干旱胁迫预处理后,分别用150mg·kg^(-1)的Cu^(2+)和20mg·kg^(-1)的Cd^(2+)胁迫液培养,然后测定八宝景天幼苗叶片的光合色素含量、丙二醛(MDA)含量、游离脯氨酸含量、可溶性糖含量及抗氧化酶(APX,CAT,SOD,POD)活性.结果表明,镉胁迫下10%(-0.15MPa)PEG预处理和铜胁迫下5%(-0.05MPa)PEG预处理可以有效提高八宝景天的光合色素含量,降低MDA含量,增加可溶性糖含量和游离脯氨酸含量,提高抗氧化酶活性.相对于空白(CK)组,10%PEG预处理对八宝景天地上部镉含量和铜含量以及镉、铜转运系数的促进效果最为明显,地上部镉含量和铜含量分别比CK增加了3.87%和3.59%;镉和铜转运系数分别增加了15.4%和5.8%.以上结果表明,干旱预处理下八宝景天在遭受逆境胁迫时,受到多种生理生化的调节,其生理指标的动态变化是八宝景天应答逆境因子胁迫的重要调节机制,体现了其对逆境胁迫的适应能力以及在多种逆境胁迫下的交叉适应能力.

Cd和Cu单一和复合胁迫对凤仙花种子萌发及幼苗生长的影响

以凤仙花(Impatiens balsamina L.)为供试材料,Hoagland溶液培养为对照,设置不同质量浓度Cd (5、10、20、40 mg/L)与20 mg/L Cu单一、复合处理,探究Cd、Cu胁迫对凤仙花种子萌发、幼苗生长生理及两种重金属在植物营养器官的积累量的影响.结果表明:Cd单一处理组中,凤仙花种子的发芽势、发芽率、幼苗鲜质量与干质量、叶片叶绿素含量、SOD和POD的活性皆呈现出随着Cd质量浓度增加先上升后下降的变化趋势,超氧自由基(O_(2)-·)产生速率、MDA含量、可溶性总糖含量与营养器官镉铜含量随Cd质量浓度增加而增加;20 mg/L Cu处理中,种子的萌发和生长均受到抑制;Cd复合Cu胁迫下,种子萌发与幼苗生长生理的逆境响应与Cd单一胁迫产生的结果相似,但均低于对照及对应的Cd单一胁迫处理.因此,凤仙花对Cd、Cu具有一定的耐性,利用凤仙花修复受重金属污染土壤时需要兼顾Cd和Cu的治理效率.

铜、镉毒害对番茄生长和膜功能蛋白酶活性的影响及外源NO的缓解效应

为探讨外源NO(SNP为供体)对50μmol/L铜、镉毒害的缓解效应,采用营养液培养方法,研究了不同程度的铜、镉毒害(5μmol/L和50μmol/L)对番茄幼苗生物量、根系活力、硝酸还原酶、光合特性及生物膜ATPase、H+-PPase等功能蛋白酶活性的影响。结果表明,铜、镉胁迫显著抑制番茄生长。随处理浓度增加,番茄根系活力、硝酸还原酶活性显著降低,番茄长势越差;铜、镉胁迫对根系离子吸收的影响远远大于叶片,尤其是铜胁迫,50μmol/L铜胁迫使番茄根系铜含量增加了12倍。铜浓度的增加对镉含量无影响,镉浓度的增加降低了铜的吸收。铜、镉胁迫使番茄净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)显著降低,胞间CO2浓度(Ci)显著增加,表现为非气孔限制。50μmol/L铜、镉处理显著降低叶片、根系质膜H+-ATPase、Ca2+-ATPase和根系液泡膜H+-ATPase、Ca2+-ATPase和H+-PPase活性;提高了5和50μmol/L部分处理叶片液泡膜H+-ATPase、Ca2+-ATPase和H+-PPase的活性。表明生物膜功能蛋白对不同程度铜、镉胁迫的响应时间和部位存在差异。铜毒害对细胞质膜ATPase的影响较大,而镉毒害对液泡膜伤害的程度较大。100μmol/L SNP可以显著缓解铜、镉胁迫导致的番茄生长受抑,铜、镉总吸收量显著高于胁迫处理。

铜、镉胁迫下施硫肥和有机肥对冬小麦碳氮运转的影响

采用盆栽试验,研究了铜、镉胁迫条件下施硫和有机肥对冬小麦碳氮运转的影响。结果表明,与各自对照相比,铜、镉胁迫下低施硫和有机肥的处理增加了小麦叶片、茎鞘、颖壳穗轴等营养器官花前贮藏物质、氮素的再运转量和运转率以及营养器官花前贮藏物质、氮素的总再运转量和总运转率,高施硫和有机肥的铜、镉处理则规律性不明显。在铜、镉胁迫条件下,施用硫肥和有机肥处理增加了小麦成熟期籽粒重和花后光合同化物输入籽粒量以及籽粒氮素含量和花后氮素积累量。与各自对照相比,铜胁迫下施硫和有机肥的处理与镉胁迫下低施硫和有机肥的处理增加了成熟期小麦的穗数、穗粒数和千粒重,提高了籽粒产量,其中以T\-5处理增产幅度最大;镉胁迫下高施硫和有机肥的处理则变化不大。铜、镉胁迫下低施硫和有机肥的处理均增加了籽粒淀粉含量,而高施硫和有机肥的铜、镉处理则未表现出此规律。此外,铜、镉胁迫下施硫和有机肥的各处理增加了籽粒蛋白质的含量。

铜、锌、镉胁迫下玉米幼苗金属硫蛋白的响应

为研究Zn2+、Cu2+、Cd2+金属离子诱导玉米产生金属硫蛋白,采用实验室溶液培养的方式,通过不同浓度Zn2+、Cu2+、Cd2+(0.05、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0、16.0 mmol/L)胁迫下,采用电感耦合等离子体(ICP-MS)测定玉米叶金属硫蛋白(MT)的诱导合成量。随着金属离子浓度的升高,MT的含量呈现先升高后下降的趋势。锌、铜、镉胁迫浓度分别为8.0、0.05和0.5 mmol/L时,玉米叶片中MT含量最高,当铜、镉离子浓度大于2 mmol/L浓度时,玉米出现了一定程度的死亡。研究结果表明玉米可作为锌、铜、镉污染的标志物。

镉胁迫下三种观赏草的生理响应及对铜、锌离子的吸收特性

以狼尾草、大油芒和花叶芒为试材,采用盆栽法研究了低浓度(0.05mmol·L^(-1))和高浓度(0.20mmol·L^(-1))镉处理对3种观赏草生长、生理及金属离子吸收的影响,以期为城市特别是镉污染区观赏草的选择和利用提供参考依据。结果表明:2种浓度镉处理3种观赏草的生长高度和生物量均有不同程度的变化,花叶芒高浓度(0.20mmol·L^(-1))处理与对照存在显著差异(P<0.05),大油芒生长高度对镉比较敏感,2种浓度与对照处理间都存在显著差异(P<0.05),而狼尾草的生长高度和生物量在镉处理下变化不大,与对照没有显著差异。2种浓度均可显著提高3种观赏草的游离脯氨酸含量和狼尾草抗坏血酸含量,但只有高浓度的镉处理能显著提高大油芒和花叶芒的抗坏血酸含量,低浓度则没有显著影响。高浓度镉处理3种观赏草可溶性蛋白质含量均显著降低(P<0.05),低浓度无显著影响。除了大油芒的丙二醛含量随着镉浓度增加而显著增加外(P<0.05),其它2种的丙二醛含量与对照没有显著差异。综合各项指标可知,3种草对镉的耐性表现为狼尾草>花叶芒>大油芒。此外,3种观赏草对镉均具有较强的累积能力,在2种浓度下,3种观赏草叶片中镉含量均显著增加(P<0.05);2种浓度的镉胁迫下,3种观赏草对锌的吸收均低于对照,但高浓度的镉胁迫能够提高3种观赏草对铜的吸收。

苎麻对镉胁迫的响应及其对其它重金属吸收能力的研究

通过田间微区模拟试验,以中苎1号、湘苎2号和湘苎3号为材料,研究苎麻对镉(Cd)胁迫的响应及其吸收铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)和镍(Ni)的能力。结果表明:供试3个品种均有较强的Cd耐受能力(耐受Cd的阈值为11.7mg·kg-1),其中湘苎3号耐受Cd的能力最强,在Cd添加量为0～100 mg·kg–1时,其有效株为15.7～29.0株/m2、生物量为0.67～1.01 kg·m–2、原麻产量为55.4～76.8 g·m–2,显著高于其它2个品种;随着土壤Cd添加量的增大,3个品种地上部的Cd含量及其累积量均显著增加,最高可达61.5 mg·kg-1与49.6 mg·m-2,表明苎麻对Cd具有较强的富集能力,但并未达到Cd的超富集植物的水平;Cd胁迫条件下,3个品种对Pb、Cu、Zn、Ni等重金属的吸收因元素种类的不同而异,中苎1号对Pb、Ni吸收呈现出随土壤Cd添加量增大而增加的趋势,湘苎3号对Zn、Ni吸收则呈现出随土壤Cd添加量增大而减少的趋势,但土壤Cd添加量对3个品种吸收Cu的影响并不明显。同时,苎麻还具有较好的经济效益且不进入食物链,是一种理想的修复与利用重金属污染土壤的备选植物,但镉胁迫对苎麻吸收Pb、Cu、Zn、Ni等重金属的影响机制尚需进一步研究。

镉、铜胁迫下拟南芥基因组DNA甲基化的MSAP分析

[目的]研究不同浓度Cd、Cu胁迫下拟南芥幼苗基因组DNA的甲基化水平和状态变化。[方法]以0、0.5和5.0 mg/L Cd2+、0.5和5.0 mg/L Cu2+处理21 d的拟南芥为材料,提取基因组DNA,进行甲基化敏感扩增多态性(methylation sensitive amplification polymor-phism,MSAP)分析。[结果]0、0.5 mg/L Cd2+、5.0 mg/L Cd2+、0.5 mg/L Cu2+和5.0 mg/L Cu2+处理组DNA的MSAP比率分别为30.2%、34.7%、41.0%、33.9%、39.2%。0.5 mg/L Cd2+、5.0 mg/L Cd2+、0.5 mg/L Cu2+、5.0 mg/L Cu2+处理组的DNA甲基化多态性比例分别为2.6%、13.2%、2.4%、11.2%。[结论]Cd、Cu胁迫下拟南芥基因组DNA甲基化水平的增加及DNA甲基化多态性的提高与Cd、Cu处理浓度呈显著正相关,且Cd对DNA甲基化水平和多态性改变的作用大于Cu。

铜、镉联合胁迫对羊角月牙藻的自由基氧化损伤影响研究

分析了铜和镉联合胁迫对羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)的影响,运用国内应用较少的新型技术——叶绿素荧光技术检测了胁迫下微藻的最大光能转化效率(Fv/Fm)受到的影响,并尝试通过膜脂过氧化损伤产物丙二醛(MDA)和其他指标在胁迫下的变化,对铜、镉联合胁迫机制进行初步探究。结果表明:(1)羊角月牙藻在铜、镉联合胁迫下生长受到抑制,表现出明显的浓度-效应关系。铜、镉的联合胁迫的相加指数为-1.63,表现为典型的拮抗作用。(2)通过叶绿素荧光技术的应用,探明Fv/Fm随毒性浓度的变化表现为浓度-效应关系,毒性浓度越大,羊角月牙藻的Fv/Fm越低,但在低毒性浓度刺激时随胁迫时间延长有回升迹象。(3)随毒性浓度的增加,羊角月牙藻的MDA增加,表现为显著的浓度-效应关系;可溶性蛋白质大体呈先升后降的趋势。(4)铜、镉联合胁迫下,MDA与羊角月牙藻生物量、Fv/Fm呈显著负相关。脂质过氧化是导致生物量下降和Fv/Fm受抑制的原因之一。(5)在微藻体内铜、镉发生拮抗作用的机制也可能与重金属的脂质过氧化作用由于拮抗受到抑制有关。

GmHMADP参与高温高湿下大豆种子活力形成及铜镉胁迫响应的研究

【目的】高温高湿、重金属等非生物胁迫是制约大豆生产,影响种子发育和品质的重要因素。通过对大豆GmHMADP的研究,揭示其在重金属镉、铜和高温高湿胁迫下的表达水平以及功能,以期为培育高活力的逆境耐受性大豆新品种提供理论依据和实践基础。【方法】利用Primer Premier 5.0软件设计引物,以宁镇1号和湘豆3号2个品种叶片的cDNA为模板,分离大豆GmHMADP全长cDNA序列。通过NCBI网站BLAST对GmHMADP同源性氨基酸序列进行搜索,并用DNAMAN软件进行氨基酸序列比对。同时,以XhoⅠ和SalⅠ为酶切位点构建35S::GmHMADP-GFP融合表达载体,分析其在烟草叶肉细胞的瞬时表达,进行亚细胞定位。利用实时荧光定量PCR技术对GmHMADP的组织特异性表达及其在高温高湿和CuSO_4、CdCl_2处理下的表达进行分析。以XbaⅠ和Bam HⅠ为酶切位点,利用p BI121载体,构建融合表达载体,将GmHMADP在野生型拟南芥中过表达,获得3个纯合的T3转基因株系,对高温高湿胁迫下拟南芥的种子活力以及过表达拟南芥植株对铜、镉胁迫的耐受性进行分析。【结果】获得大豆GmHMADP全长cDNA序列,该基因包含1个996 bp的完整开放阅读框,具有4个外显子和3个内含子。多序列比对结果表明,GmHMADP氨基酸序列含有2个金属离子结合位点特征序列CXXC。亚细胞定位结果表明GmHMADP蛋白定位于细胞膜与细胞核上。组织特异性分析结果表明,GmHMADP在宁镇1号和湘豆3号2个品种的发育和成熟中的种子中表达量较高。与相应的对照组相比,在宁镇1号种子中,高温高湿胁迫48、96和168 h后,GmHMADP的表达量显著(P<0.01)升高;在抗性品种湘豆3号中,该基因在处理24、48、96和168 h时表达量显著(P<0.01)升高;湘豆3号中,GmHMADP的表达量在不同浓度Cu^(2+)、Cd^(2+)的诱导下均显著(P<0.01)升高;而宁镇1号中,GmHMADP的表达量仅在50μmol·L^(-1) Cu^(2+)和200μmol·L~(^(-1)) Cd^(2+)处理下显著(P<0.01)升高。GmHMADP过表达拟南芥株系经高温高湿胁迫后的发芽势、发芽率及种子活力均显著(P<0.01)高于野生型植株;经Cu、Cd胁迫后,转基因拟南芥株系的根长和干重均显著(P<0.05)高于野生型植株。【结论】GmHMADP参与高温高湿胁迫下种子活力的形成并响应Cu、Cd胁迫,在拟南芥中过表达GmHMADP可提高拟南芥的种子活力以及对Cu、Cd胁迫的耐受性。

铜或镉胁迫对海洋青鳉生理生化指标及产卵量的影响

通过研究海水中不同浓度重金属胁迫对海洋青鳉(Oryzias melastigma)生理生化的影响,探讨与分析各指标间的相互关系,为海洋重金属污染的生物监测提供参考。按海水水质标准分别设定铜(Cu)和镉(Cd)离子各3个浓度梯度,测定海洋青鳉中乳酸(LA)、乳酸脱氢酶(LDH)、睾酮(T)、促卵泡素(FSH)、促黄体生成素(LH)及产卵量的动态变化。海洋青鳉中的LA含量随铜胁迫时间的延长而显著降低,随镉胁迫浓度的增加而升高;LDH活性在铜胁迫下变化不大,而随镉胁迫时间的延长略有上升;T含量在短期铜胁迫下有所升高,但随胁迫时间的延长呈显著下降趋势,却随镉胁迫浓度升高及胁迫时间延长而上升;FSH与LH含量随铜胁迫浓度增加呈显著下降,随镉胁迫浓度增加呈先降后升趋势,两者的含量变化与T的动态密切相关。与此同时,随铜胁迫时间的延长和胁迫浓度的增加,青鳉的产卵量也呈显著下降趋势。综合表明,铜或镉胁迫均能显著影响雌性青鳉的LA含量,增加能量消耗,进而影响性激素水平,最终影响到产卵量,但两类离子的影响存在较大的差异性。因此,一定浓度的铜或镉胁迫会导致海洋青鳉鱼体内生理生化的变化,且存在两性差异性,雌鱼对铜或镉胁迫的响应敏感强,可选择雌鱼开展相关污染监测。

铜镉复合胁迫对5种观赏草种子萌发特性的影响

本试验以5种狼尾草属观赏草为材料,探究了铜镉复合胁迫对供试材料种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,随着胁迫浓度的增加,5种狼尾草属观赏草种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、苗长、根长和幼苗鲜重均呈逐渐下降的趋势。低浓度Cu(≤100mg·L^-1)、Cd(≤10mg·L^-1)胁迫对5种供试材料的发芽势、发芽率、发芽指数、幼苗苗长和鲜重抑制作用相对较小,但幼苗根长开始受到明显抑制;高浓度Cu(400mg·L^-1)、Cd(100mg·L^-1)对各项指标抑制作用达到最大,幼苗甚至出现“无根苗”现象。采用隶属函数法对供试观赏草材料耐铜镉性进行评价,耐性强弱依次为金红羽狼尾草>小兔子狼尾草>紫叶狼尾草>东方狼尾草>紫穗狼尾草。综合分析认为金红羽狼尾草在不同浓度铜镉复合胁迫下耐受性表现较好,可进一步进行盆栽和大田试验,为耐铜镉超富集植物的种质资源筛选提供参考。

纳米氧化铜-镉单一与联合胁迫对油菜营养品质的影响

采用水培实验,探究了纳米氧化铜(CuO NPs)与镉(Cd)联合胁迫对油菜品质的影响.结果表明,单一CuO NPs(10~50 mg·L^(-1))处理对油菜生长和品质有一定抑制作用,油菜鲜重、可溶性糖、抗坏血酸和总酚含量随CuO NPs浓度增加而降低,与未投加相比,分别降低了9.61%~39.26%、6.88%~45.09%、9.20%~29.14%和10.36%~18.47%,硝酸盐含量则显著升高16.44%~72.61%.在1μmol·L^(-1)Cd处理下,施加CuO NPs后油菜鲜重呈先升高后降低趋势.与空白对照相比,油菜叶片Cd含量降低了21.57%~36.14%,可溶性糖、可溶性蛋白和总酚含量最大分别降低了30.9%、39.61%和27.96%,抗坏血酸含量则增加了44.83%~76.21%,硝酸盐含量大幅升高,最大增加了116.18%,黄酮含量增加不明显.CuO NPs促进了油菜叶部Zn、Mg、Al、K和Ca元素的吸收,抑制了Fe元素吸收.研究表明,CuO NPs、Cd单一及联合胁迫整体上对油菜品质产生了负面影响.

纳米氧化铜对镉胁迫下小油菜生理生化和重金属累积的影响

为探究纳米氧化铜(CuO NPs)在镉(Cd)胁迫下对作物生长、生理特性和重金属吸收的影响,采用水培实验,以夏绿2号小油菜为供试植物,研究了CuO NPs(0、 10、 20和50 mg·L^(-1))和Cd(0、 1和5μmol·L^(-1))单一和复配处理下小油菜鲜重、光合色素、丙二醛含量(MDA)、抗氧化酶活性[过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽还原酶(GR)]以及Cu和Cd含量.结果表明,在单一CuO NPs处理下,小油菜鲜重以及CAT、 POD、 GR酶活性总体上受到抑制,叶绿素含量和SOD活性随浓度增加呈现出先增加后降低趋势,而小油菜叶部、根部MDA含量以及亚细胞中Cu含量随投加量增加而增加.1μmol·L^(-1)Cd处理下,添加CuO NPs促进了小油菜生长,鲜重较对照增加了8.70%~44.87%,当Cd浓度达到5μmol·L^(-1)时,低浓度CuO NPs(10 mg·L^(-1))处理表现为促进植物生长,高浓度(50 mg·L^(-1))处理则呈抑制效应.不同Cd处理下添加CuO NPs均提高了小油菜的光合色素和MDA含量,其中小油菜叶部MDA含量较对照增加了4.34%~36.27%,根部MDA含量增加了13.43%~131.04%. Cd浓度为1μmol·L^(-1)处理下施加CuO NPs后,小油菜叶部CAT和GR活性均下降,POD活性上升;当Cd浓度达到5μmol·L^(-1)时,CuO NPs提高了小油菜叶部POD活性,抑制了SOD和GR活性,CAT活性随浓度升高呈现先上升后下降的趋势.CuO NPs与Cd表现出拮抗作用,添加CuO NPs后,1μmol·L^(-1)Cd处理下小油菜叶部和根部Cd含量最大降幅分别为45.64%和33.39%, 5μmol·L^(-1)Cd处理下叶部和根部Cd含量最大降幅分别为18.25%和25.35%,小油菜亚细胞器中Cu和Cd质量分数下降,可溶性组分质量分数上升.综上所述,低浓度下CuO NPs可以促进Cd胁迫下植物生长,抑制植物对Cd吸收,但会增加植物氧化损伤.

梯棱羊肚菌镉胁迫响应基因ATX1功能分析

梯棱羊肚菌Morchella importuna是一种可以大田覆土栽培的珍稀食用菌,而土壤重金属污染状况日益严重,对梯棱羊肚菌菌丝生长和子实体产品质量安全构成了潜在的威胁。本研究先采用镉离子胁迫处理梯棱羊肚菌菌丝体,RT-PCR检测发现候选基因ATX1的表达量显著下调。克隆梯棱羊肚菌ATX1基因,对ATX1p蛋白结构进行功能预测,发现ATX1p可能与铜离子转运及重金属胁迫相关。然后分别构建ATX1的超表达和RNAi基因沉默载体,采用农杆菌介导的转化方法,将其转入梯棱羊肚菌同核体菌株A50中,分别筛选到4个ATX1表达显著上调的超表达转化子和4个ATX1表达显著下调的RNAi基因沉默转化子,镉敏感性检测发现ATX1的RNAi基因沉默转化子表现为镉抗性增强,而ATX1超表达转化子则表现为镉抗性减弱。结果表明,梯棱羊肚菌ATX1基因表达与镉抗性呈负相关,ATX1p可能在梯棱羊肚菌镉胁迫响应过程中发挥着某种重要作用。