重金属影响植物细胞超微结构和功能的研究进展

重金属是对中国环境污染最严重的污染物之一,不仅对生态环境产生着严重的危害,还会通过食物链富集到人体,给人带来巨大的危害。本研究从重金属对植物细胞的细胞核、质膜、叶绿体、线粒体、液泡等超微结构影响的角度综述了重金属对植物细胞超微结构危害的研究进展,并对重金属损伤植物细胞的特点进行了归纳总结,可为重金属对植物毒害机理的研究以及进一步研究重金属污染的植物修复技术提供细胞超微结构损伤的依据。

问荆根茎水浸液对大豆根际土壤性质、微生物及酶活性的化感效应

为评价问荆对大豆生长后根际土壤微生态环境的化感效应,研究了不同浓度问荆水浸液处理下大豆根际土壤性质、微生物数量及酶活性的变化。结果表明,不同浓度问荆水浸液处理下,土壤碱解氮、速效磷、有机质含量随问荆水浸液浓度增加而减少,其中品种BD土壤碱解氮含量由60.30 mg/kg降至55.16 mg/kg,品种DK3土壤速效磷含量由18.84 mg/kg降至15.64 mg/kg,品种DK1土壤有机质含量由67.26 g/kg降至56.23 g/kg;土壤细菌、真菌、放线菌数量随问荆水浸液浓度增加而减少,其中品种BD土壤细菌数量由69.91×104cfu/g降至11.19×104cfu/g,品种DK1土壤真菌数量由43.53×104cfu/g降至16.79×104cfu/g,同时土壤放线菌数量由67.50×104cfu/g降至13.08×104cfu/g;土壤过氧化氢酶活性随问荆水浸液浓度增加而升高,其中品种BJ土壤过氧化氢酶活性由1.02 m L/g上升至1.26 m L/g,脲酶活性随问荆水浸液浓度增加而降低,其中品种DK1土壤脲酶活性由0.67 mg/100 g降至0.39 mg/100 g,磷酸酶、转化酶活性未发生变化。说明问荆产生的化感物质使土壤养分下降,而土壤酶对外来物质有缓冲作用。

不同栽培条件下中华水韭生长对土壤养分、微生物量及酶活性的影响

为人工繁殖复壮极度濒危物种中华水韭,了解中华水韭适宜的土壤环境条件。采用3种不同的人工栽培方式(恒温条件CTC,大棚条件GHC,室外条件ODC)培养中华水韭,分析中华水韭生长后的土壤养分、微生物数量及酶活性的变化。结果表明,与原土相比,中华水韭生长后,土壤p H都增加(P<0.05);大棚和室外培养后土壤细菌数量(BAC)降低(P<0.05),室外培养后土壤真菌(FUN)、放线菌数量(ACT)增加(P<0.05);3种不同条件培养后土壤全氮(TN)和速效磷(AP)含量、转化酶(INT)和蛋白酶(PRO)活性都下降(P<0.05),而土壤碱解氮(AN)、全磷(TP)和有机质含量(OM)、磷酸酶(ACP)和脲酶(UR)活性只在大棚条件下降低(P<0.05);土壤过氧化氢酶(CAT)活性只在恒温条件培养后降低(P<0.05)。这一结果说明不同培养条件对中华水韭生长后土壤微生物、养分和酶活性的影响不同。在栽培中华水韭时,应根据不同条件来合理施肥和调节土壤的生物活性。

土壤脲酶酶促反应对3种有机氮肥施用的响应

土壤脲酶(URE)是催化土壤氮素转化的重要酶类,其酶促反应的动力学和热力学特性能够反映土壤氮素转化的方向和强度,研究不同形式有机氮肥施用后的土壤脲酶酶促反应过程,对于维持农田土壤氮素的供应有积极意义。通过为期60 d的小麦盆栽试验,测定尿素(UR)、猪粪(PM)和白星花金龟子虫粪(BM)施用后土壤脲酶活性在不同温度和底物浓度下的变化,运用公式计算酶动力学和热力学参数,并分析其与土壤碳氮组分的关系。结果表明:氮肥对土壤脲酶动力学和热力学参数均有显著影响(P<0.05);而升温及其与氮肥的交互作用仅对土壤URE活性、土壤脲酶动力学参数和热力学参数ΔG有显著影响(P<0.05)。随温度升高,3种氮肥处理土壤脲酶动力学和热力学参数都显著增加(P<0.05),在35℃或45℃达到峰值。在各温度下,UR施用后土壤脲酶酶促米氏常数(K_m)显著增加(P<0.05),BM施用后无显著变化,PM在不同温度下无规律性变化;3种氮肥施用后土壤脲酶最大反应速率(V_(max))与米氏常数的比值(V_(max)/K_m)不变或显著降低(P<0.05);除UR施用35℃、PM施用35℃和45℃以及BM施用5℃和45℃外,土壤脲酶V_(max)均显著升高(P<0.05)。UR和BM施用后酶促反应活化能(E_(a))、热力学参数ΔH显著降低和ΔS显著增加(P<0.05),而PM施用后无显著变化。统计分析结果表明,氮肥施用后土壤URE活性及其动力学和热力学参数与土壤碳氮组分间存在一定的相关关系,脲酶动力学和热力学参数是土壤氮素转化的主要因子。综上所述,3种氮肥处理对土壤脲酶酶促反应的影响存在差异,可以利用土壤脲酶酶促反应参数来指示氮肥施用后的土壤氮素变化;与UR和PM相比,BM能够维持土壤脲酶与底物的结合能力,降低反应所需的能量,提高反应自发程度,更有利于土壤氮素的转化。

问荆(Equisetum arvense)水浸液对盆栽小麦的化感效应

为了探究问荆生长对作物的化感效应,以小麦为材料,采用生物测定法研究不同浓度问荆根茎水浸液对5个小麦品种‘龙麦26’、‘垦九10’、‘龙麦33’、‘龙辐18’、‘格来尼’的株高、叶长、叶面积、干鲜重比及叶片丙二醛含量(MDA)、可溶性糖含量(WSS)、过氧化氢酶活性(CAT)、过氧化物酶活性(POD)的影响。结果表明,问荆根茎水浸液对各品种小麦根冠比及叶片WSS含量、CAT活性、POD活性具有促进作用,对小麦叶面积、叶长、干物质积累具有抑制作用,且促进和抑制作用均随问荆水浸液浓度的增加呈增强趋势。说明问荆生长对小麦有一定的化感作用。

农田黑土质量指示指标研究进展

为了合理利用黑土,维持黑土的可持续性,有必要对农田黑土的质量现状进行评价。因此,综述了20世纪80年代至今农田黑土的质量指标的研究状况,包括土壤的物理指标、化学指标和生物学指标,其中农田黑土物理指标和化学指标研究较早,研究方法已趋于成熟,而生物学指标(包括微生物、酶,土壤动物)研究起步较晚,但生物学指标能较迅速地评价不同农业过程的土壤质量,对土地利用的变化较为灵敏,但到目前为止农田黑土质量评价体系中还没有利用生物学指标的统一标准。在农田黑土质量指标的研究中除了要结合生物指标外,还需要利用现代分析技术快速灵敏的检测土壤质量,这才能为农田黑土的质量检测及合理开发提供基础数据。

喷施水杨酸缓解镉对黑麦草毒害作用的研究

为了研究水杨酸缓解重金属镉对黑麦草的毒害作用,采用盆栽模拟方法测定喷施外源水杨酸后在镉胁迫处理下黑麦草的生理指标的变化情况。研究结果表明:喷施100、200、300mg/L3种浓度水杨酸对镉胁迫下黑麦草叶绿素含量没有显著影响,但能够提高黑麦草叶片中重要的渗透调节物质脯氨酸和可溶性糖含量,其中200mg/L浓度水杨酸对脯氨酸的提高作用显著高于其他浓度;喷施水杨酸也能够显著提高SOD、POD、CAT等多种抗氧化酶的活性,降低电解质渗透率和丙二醛含量,各浓度之间作用程度差异不显著,200、300mg/L浓度的作用更大一些。上述生理指标的测定说明喷施水杨酸可以缓解镉对黑麦草的毒害作用。

问荆化感作用对大豆生殖后期形态、生理和产量性状的影响

为了探讨问荆对大豆生殖后期生长的化感效应,采用温室盆栽法,研究问荆夏枝水浸液对‘北豆42’(BD)、‘北交8032’(BJ)、‘登科1号’(DK1)、‘登科3号’(DK3)和‘黑河43’(HH)5个品种大豆生殖后期形态、生理指标及产量性状的影响。结果表明,问荆水浸液处理后,各品种大豆的株高、叶面积、叶绿素含量、单株粒数、单株结荚数、有效结荚数、结荚高度都降低;MDA含量、WSS含量增加,过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性先升高后降低。‘北交8032’在0.04 kg/L、0.07 kg/L问荆水浸液处理后产量性状的株高显著降低(P<0.05),‘北豆42’在0.07 kg/L问荆水浸液处理后节数显著降低(P<0.05),其他品种大豆最终株高、节数变化较小。[结论]说明在低浓度问荆水浸液下大豆有一定的抗性,但是问荆的化感效应对大豆生长有很大影响。

土壤酶对土壤环境质量指示作用的研究进展

土壤环境质量是土壤容纳、吸收和降解各种环境污染的能力。各种污染物(农业、工业)进入土壤后,都会对土壤的环境质量造成一定的影响。土壤酶作为土壤中的重要组成部分,是土壤中产生专一生物化学反应的生物催化剂,对土壤环境质量的变化反应迅速,常被用来作为指示土壤环境质量的生物学指标。因此本文综述土壤酶对化肥、农药、污水污泥、城市垃圾和重金属的指示作用,为污染土壤的修复提供理论依据。

土壤酶在农业生态系统碳、氮循环中的作用研究进展

通过分析国内外土壤酶研究进展,总结土壤酶在农业生态系统碳、氮循环中的作用,为农业生产提供相关参考。土壤酶是存在于土壤中、能催化土壤生化反应的一类蛋白质,主要催化含有有机元素的非专性有机物质、专性有机物质及某些矿质化合物的转化,以形成多种养分物质及一些有益元素,利于植被的生长,对农业生态系统的发展起着积极的作用。目前土壤酶已被众多学者用来作为土壤碳、氮循环的重要指标,并利用酶活性的变化来反映土壤中的养分循环过程。

大庆油田石油污染土壤磷酸酶促反应特征研究

以松嫩草地距大庆油田工作区不同距离(1、5、15 km)的土壤为研究对象,探讨自然裸地和羊草修复后土壤磷酸酶促反应特征(动力学和热力学特征)的变化,得到以下研究结果:(1)裸地土壤酶活性、Vma(x酶促反应最大速度)值、Vmax/Km值(催化效率)表现为距石油区1 km处最大,显著高于5 km和15 km处的;E(a活化能)、ΔG(活化自由能)、ΔH(活化焓)、ΔS(活化熵)、Q1(0温度系数)表现为在1和5 km处较大,显著高于15 km处的。(2)羊草修复地土壤酶活性、Vmax值、Vmax/Km值表现为距石油区15 km处最大,显著大于1和5 km处的;Ea、ΔH、ΔS、Q10表现为1 km处最大,显著高于5和15 km处的。(3)不同羊草修复地土壤磷酸酶活性、Vmax值、Vmax/Km值和ΔG值均大于裸地,Ea、ΔH、ΔS均小于裸地。(4)随温度升高,羊草修复地和裸地土壤酶活性、Vmax值、Vmax/Km值、ΔG都有逐渐增加的趋势,而ΔH、ΔS、Q10有降低趋势。以上结果说明,石油污染对土壤磷酸酶酶促反应机制有较大影响,羊草修复和升温能够在一定程度上促进土壤磷酸酶的酶促反应。

石油污染对羊草草地土壤水解酶反应特性的影响

通过研究石油污染对羊草草地土壤碳、氮、磷养分转化的3种关键酶(转化酶、脲酶和碱性磷酸酶)活性的影响,并进一步分析3种酶的酶促反应动力学和热力学特征变化。结果表明:随温度升高,15℃时各样地3种酶的活性、V_(max)值、V_(max)/K_(m)值、ΔG值开始增加,ΔH值从15℃开始减小,各指标均在35℃或45℃时达到极值。3种酶的Q 10值受温度影响较小,数值均分布在1.04~1.12间。同一温度下,石油污染可降低3种酶的活性、V_(max)值、V_(max)/K_(m)值以及转化酶的ΔH值与ΔS值,而土壤转化酶、脲酶的ΔG值均升高。石油污染对土壤脲酶、碱性磷酸酶的ΔH值、ΔS值的影响差异较大。综上所述,石油污染的羊草草地土壤水解酶的催化反应特性存在差异,但升温能提高3种水解酶活性,促进土壤中碳、氮、磷养分的循环。

植被修复对重度盐碱地土壤酶活性和酶反应热力学特征的影响

由于环境变化和人为干扰,松嫩平原盐碱化土地面积不断增加,盐碱化程度也在不断加剧。本试验以松嫩平原西部盐碱化土壤为对象,研究了自然植被、羊草、燕麦和苜蓿修复对重度盐碱化土壤2种氧化还原酶(过氧化氢酶、多酚氧化酶)和3种水解酶(碱性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶)活性和酶反应热力学特征的影响。结果表明:随着温度的升高,5种土壤酶活性、活化自由能(ΔG)都逐渐升高,在40℃(或45℃)时达到最高,而土壤酶的活化焓(ΔH)和活化熵(ΔS)无显著变化;温度每增加10℃时的温度系数(Q10)变化较小,范围为1.05~1.36。与裸地相比,过氧化氢酶活性在自然植被和羊草修复地升高,而在燕麦和苜蓿修复地降低,ΔG和酶活性的变化规律则相反,而ΔH、ΔS在羊草、燕麦修复地升高,在自然植被和苜蓿修复地降低;多酚氧化酶活性在各修复地都降低或不变,ΔH、ΔS在自然植被和羊草修复地降低,而在燕麦和苜蓿修复地不变,ΔG在各修复样地都表现为在40℃时升高,在其他温度下均降低或不变。在各修复地,3种水解酶活性均升高,酶的ΔG降低或不变,而ΔH和ΔS则差异较大。土壤酶活性及其热力学特征对温度变化和植被修复的响应存在较大差异。研究结果可为重度盐碱化土壤的修复提供理论依据。