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超积累植物修复铜污染土壤的研究现状

中国农业科技导报 2012年第4期14卷 93-100页

作者：金勇付庆灵郑进康薇刘永红胡红青华中农业大学资源与环境学院武汉430070 黄石理工学院化学与材料工程学院湖北黄石435003 黄石理工环境科学与工程学院湖北黄石435003

铜是植物必需的营养元素,但是过量的铜会严重影响动植物的生长,随着现代工农业的发展,铜已经成为了我国重金属污染土壤中主要的污染元素之一。在污染土壤的修复措施中,植物修复是一种绿色技术,具有传统土壤治理方法所无法比拟的优点,也... 详细信息

铜是植物必需的营养元素,但是过量的铜会严重影响动植物的生长,随着现代工农业的发展,铜已经成为了我国重金属污染土壤中主要的污染元素之一。在污染土壤的修复措施中,植物修复是一种绿色技术,具有传统土壤治理方法所无法比拟的优点,也是现今国际环境修复的热点和前沿领域。近年来,我国铜污染土壤的植物修复研究发展很快,发现了海州香薷、鸭跖草、蓖麻等铜超积累植物,同时有机酸、耐铜微生物也能加强超积累植物的修复作用。综述了植物修复的一般原理,介绍了现今研究较多的超积累植物对铜的富集效果,超积累植物对铜的耐性及解毒机理以及其他因素的强化作用。

关键词：土壤铜污染超积累植物修复

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重金属超积累植物及其进化:事实与争议

植物生理学报 2019年第8期55卷 1063-1074页

作者：曾超珍严明理刘志祥中南林业科技大学生命科学与技术学院林业生物技术湖南省重点实验室长沙410004 中南林业科技大学生命科学与技术学院森林资源生物技术湖南省国际科技创新合作基地长沙410004 中南林业科技大学生命科学与技术学院森林有害生物防治湖南省重点实验室长沙410004 湖南科技大学生命科学学院湖南湘潭411201

土壤重金属污染是全球性的环境问题。重金属超积累植物(超富集植物)在土壤重金属污染修复中具有广阔的应用前景,同时也是研究植物对极端环境适应与进化的良好模型。目前关于重金属超积累植物及其进化在如下三方面仍存在诸多争议与矛盾:... 详细信息

土壤重金属污染是全球性的环境问题。重金属超积累植物(超富集植物)在土壤重金属污染修复中具有广阔的应用前景,同时也是研究植物对极端环境适应与进化的良好模型。目前关于重金属超积累植物及其进化在如下三方面仍存在诸多争议与矛盾:一、重金属超积累植物的界定;二、植物重金属超积累性状与超耐受性状的关系;三、植物超积累重金属的适应性意义。植物对重金属的耐受和积累机制复杂多样,而QTL分析、比较基因组学等方法的应用将最终揭示植物超积累重金属的生理、遗传与进化机制。

关键词：重金属超积累超耐受进化适应性

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超积累植物水蓼吸收锰的生理与分子机制

云南植物研究 2008年第4期30卷 489-495页

作者：王华唐树梅廖香俊曹启民海南大学农学院海南省地质勘查局海南海口570100 中山大学环境科学与工程学院广东广州510275

水蓼(Polygonum hydropiper)是一种新近发现的锰超积累植物。本文通过营养液模拟试验,研究了锰在水蓼细胞中的分布与化学形态特征,以及锰胁迫下水蓼的生理生化响应机制。结果表明:锰在水蓼叶片非活性代谢部分(细胞壁和液泡)的积累是其... 详细信息

水蓼(Polygonum hydropiper)是一种新近发现的锰超积累植物。本文通过营养液模拟试验,研究了锰在水蓼细胞中的分布与化学形态特征,以及锰胁迫下水蓼的生理生化响应机制。结果表明:锰在水蓼叶片非活性代谢部分(细胞壁和液泡)的积累是其解毒耐锰的主要机制之一;水蓼叶片中的锰大部分以水溶性有机盐或草酸锰的形态存在;在锰浓度处理为8000μmol/L时,叶绿素a含量显著降低,而在其它处理条件下,叶绿素a无明显变化;在锰处理≤5000μmol/L时水蓼叶片的细胞膜还没有受到明显伤害;水蓼叶片的可溶性蛋白含量随锰处理浓度不同而变化,说明植物在代谢和结构上发生了调整;随锰处理浓度的增加,水蓼叶片SOD和POD活性提高,保护酶活性的提高又可清除活性氧自由基,这是水蓼耐高锰和累积锰的一种生理响应机制。

关键词：水蓼锰超积累分布形态生理响应

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超积累植物水蓼的锰富集机理研究

超积累植物水蓼的锰富集机理研究

作者：王华华南热带农业大学

学位级别：硕士

本研究以水蓼为研究对象,通过营养液模拟试验,从水蓼个体对锰的生长反应与富集特性,锰在水蓼细胞中的分布与化学形态特征,以及锰胁迫下水蓼的生理生化响应机制三方面,探讨了水蓼吸收和超积累锰的机理,以期为锰毒土壤上的植物遗传改良以... 详细信息

本研究以水蓼为研究对象,通过营养液模拟试验,从水蓼个体对锰的生长反应与富集特性,锰在水蓼细胞中的分布与化学形态特征,以及锰胁迫下水蓼的生理生化响应机制三方面,探讨了水蓼吸收和超积累锰的机理,以期为锰毒土壤上的植物遗传改良以及其他超积累植物机理的研究提供一定的理论和科学依据。现将本研究的主要结果总结如下:1.水蓼对Mn具有极强的耐性和超积累能力。水蓼在锰含量达2000 mg·kg-1的铁矿废弃堆积地上生长良好,叶锰含量高达3675.89 mg·kg-1。营养液培养条件下生长48d的水蓼地上部分积累量最高达26.84 mg·plant-1;当Mn供应水平为15000μmol·L-1时,水蓼叶锰含量达到24447.1 mg·kg-1;水蓼生物量随着锰处理浓度的增加而减少,在锰浓度处理≥8000μmol·L-1时,水蓼地上部生物量与对照相比,差异达显著(P=0.05)。2.超积累植物水蓼对锰的吸收和转运与锰供应水平和生长时间密切相关。水蓼根、茎和叶的锰含量基本随着锰供应水平的升高而增加;无论是在低锰(500μmol·L-1)还是高锰(5000μmol·L-1)供应水平下,水蓼根、茎和叶的锰含量均随着生长时间的延长而增加。3.水蓼体内锰的分布特征。在器官水平上,锰主要积累在叶片;在细胞水平上,不同锰浓度处理下,水蓼根细胞壁中的锰含量占总锰的25.36-61.22%;茎中细胞质可溶性部分(95%是液泡)的锰含量占总锰的19.34-58.59%;叶中有58.18-65.64%的锰贮存在液泡中,叶细胞壁中锰含量占总锰的31.73-36.34%,叶细胞器中锰的分配率最少,只占总锰的2.60-5.48%。水蓼茎中可溶性部分的高锰含量有利于锰向地上部转移并积累在叶片中;锰在水蓼叶片非活性代谢部分(细胞壁和液泡)的积累是其解毒耐锰的主要机制之一。4.不同的提取剂对水蓼根、茎、叶的提取结果表明,随着锰处理浓度增加,水蓼根中Mn由水提取态向盐酸提取态和氯化钠提取态转化,说明根细胞壁结合的草酸盐和果胶酸盐或蛋白质结合态的Mn含量随锰处理浓度的增加而增加;在茎中,水提取态锰含量占总锰的34.55-50.26%,且随锰处理的增加其水提取态锰的比例增加,这有利于锰向上运输;水蓼的叶片中,水提取态锰占总锰的38.55-44.19%,盐酸提取态锰占总锰的20.66-28.74%,说明叶片中的锰大部分以水溶性有机盐或草酸锰的形态存在。5.叶绿素分析结果表明,只有在锰浓度处理为8000μmol·L-1时,叶绿素a含量显著降低,而在其它处理条件下,叶绿素a无明显变化,不同Mn处理条件下叶绿素b含量变化都不明显,这与水蓼地上部生物量的结果相一致。6.随着锰处理浓度的升高,水蓼叶片的质膜透性有逐渐增加的趋势但差异不显著(P=0.05) ,这表明锰处理(8000μmol·L-1)下水蓼叶片的细胞膜还没有受到明显伤害;水蓼叶片的可溶性蛋白含量随锰处理浓度不同而变化,说明植物在代谢和结构上发生了调整。7.抗氧化酶分析结果表明,随锰处理浓度的增加,水蓼叶片SOD和POD活性提高,保护酶活性的提高又可清除活性氧自由基,这是水蓼耐高锰和累积锰的一种生理响应机制。

关键词：水蓼锰超积累分布形态生理响应

谷胱甘肽在东南景天Zn/Cd超积累过程中的作用

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浙江大学学报（农业与生命科学版） 2007年第6期33卷 597-601页

作者：晁岳恩张敏卢玲丽冯英杨肖娥浙江大学环境与资源学院浙江杭州310029

超积累生态型东南景天被处理在含1000μmol·L-1Zn(NO3)2或200μmol·L-1CdCl2的营养液中25 d,每5 d测定植株地上和地下部Zn/Cd含量以及地上部总硫、谷胱甘肽(GSH)含量的变化,分析硫离子浓度对重金属积累能力的影响.结果表明:处理的前15... 详细信息

超积累生态型东南景天被处理在含1000μmol·L-1Zn(NO3)2或200μmol·L-1CdCl2的营养液中25 d,每5 d测定植株地上和地下部Zn/Cd含量以及地上部总硫、谷胱甘肽(GSH)含量的变化,分析硫离子浓度对重金属积累能力的影响.结果表明:处理的前15 d,地上部Zn/Cd的积累量呈线形增加,后10 d积累速度下降;总硫和GSH的含量在前15 d迅速增加,后10 d逐渐下降;根中Zn含量变化与地上部GSH、总硫变化趋势相似,而Cd含量在第5 d时最高,以后逐渐下降.以上结果提示:含硫有机物不是东南景天Zn/Cd超积累的主要配体,GSH主要是解除体内游离态Zn/Cd的毒性;增加硫元素的供应对提高Zn/Cd的积累有一定作用.

关键词：东南景天超积累 Zn/Cd 谷胱甘肽总硫

Zn对Zn超积累植物遏蓝菜(Thlaspi caerulescens L.)超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

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农业环境科学学报 2006年第B9期25卷 465-470页

作者：刘美青江荣风赵方杰植物-土壤相互作用教育部重点实验室农业部植物营养与养分循环重点实验室中国农业大学资源与环境学院北京100094 英国洛桑实验站农业与环境系

Zn超积累植物遏蓝菜(Thlaspi caerulescens L.)是一种珍贵的植物资源,对其体内酶活性的变化目前研究很少。采用Zn处理浓度为0、50、500、1 000 mg.kg-1的土壤培养试验和Zn处理浓度为0、50、500、1 000μmol.L-1的营养液培养试验,研究了Z... 详细信息

Zn超积累植物遏蓝菜(Thlaspi caerulescens L.)是一种珍贵的植物资源,对其体内酶活性的变化目前研究很少。采用Zn处理浓度为0、50、500、1 000 mg.kg-1的土壤培养试验和Zn处理浓度为0、50、500、1 000μmol.L-1的营养液培养试验,研究了Zn超积累植物遏蓝菜的两个生态型Prayon和Ganges地上部对Zn的积累特点及其超氧化物歧化酶(SOD)活性。结果表明:土壤培养和营养液培养条件下,随着Zn处理浓度的增加,Prayon和Ganges地上部Zn含量显著增加。其中,在土壤培养条件下,Prayon和Ganges地上部Zn含量最高分别达到4 584 mg.kg-1 DW和5 702 mg.kg-1 DW。在营养液培养条件下,Prayon和Ganges地上部Zn含量最高分别达到12 287 mg.kg-1 DW和15 966 mg.kg-1 DW。随着Zn处理浓度的增加,两个生态型叶片SOD活性显著增加。土壤培养条件下,Prayon和Ganges叶片SOD活性的变化分别是:从23.1 units.g-1 FW增加到51.2 units.g-1 FW和从23.2 units.g-1 FW增加到61.3units.g-1 FW。营养液培养条件下,Prayon和Ganges地上部SOD活性的变化分别是:从19.8 units.g-1 FW增加到44.6 units.g-1 FW和从62.4 units.g-1 FW增加到85.0 units.g-1 FW。相关分析发现两个生态型地上部Zn浓度与SOD活性极显著高度正相关。说明SOD活性的提高是Thlaspi caerulescen超积累Zn的内在机制之一。

关键词：遏蓝菜 Zn 超积累超氧化物歧化酶活性

东南景天（Sedum alfredii Hance）种苗繁殖新技术及其对锌耐性和超积累能力的影响研究

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东南景天（Sedum alfredii Hance）种苗繁殖新技术及其对锌耐性和...

作者：刘勇军浙江大学

学位级别：硕士

东南景天(Sedum alfredii Hance)是在中国浙江省东南部古老的铅锌矿上发现的一种锌／镉超富集植物，具有超积累能力强、生长速率较快、生物量大、适应性较广等优点，已经逐步应用到重金属污染土壤的修复实践中。作为一种以无性繁殖为主... 详细信息

东南景天(Sedum alfredii Hance)是在中国浙江省东南部古老的铅锌矿上发现的一种锌／镉超富集植物，具有超积累能力强、生长速率较快、生物量大、适应性较广等优点，已经逐步应用到重金属污染土壤的修复实践中。作为一种以无性繁殖为主的野生植物，东南景天的生物学特性和群体遗传稳定性等方面所知甚少，因而不利于东南景天的进一步遗传改良与超积累性状的深入研究。鉴于此，本论文从东南景天的组织培养技术入手，建立了三种不同的种苗繁育技术，并比较了不同繁殖方式对锌耐性与超积累能力的影响，为进一步研究植物对重金属超积累性状的遗传机制、植物超积累相关基因的克隆以及东南景天在重金属污染土壤修复实践中的大规模应用奠定了基础。取得的主要结果如下： 1．以东南景天幼叶为外植体，研究了2.4-D、6-BA、GA和NAA等激素在叶片愈伤组织诱导、分化及壮苗培养中的效应，初步建立了东南景天叶片诱导愈伤组织再生技术体系。即选取东南景天幼嫩叶片，置于MS+6-BA 0.1mg·L+2.4-D 1.0～3.0 mg·L培养基诱导愈伤组织，获得的愈伤组织在MS+6-BA0.1 mg·L+2.4-D 1.0 mg·L+Vc 2.0 mg·L+1.0 g·L活性炭条件下继代培养，挑选合适的愈伤组织置于MS+6-BA 2.0 mg·L+2.4-D 1.0 mg·L+AgNO 2.0 mg·L的分化培养基再生植株，最后将幼苗依次移入1／3 MS+NAA 1.0 mg·L和MS+6-BA 0.1 mg·L+GA 2.0 mg·L培养基中生根与壮苗。 2．以东南景天种子为材料，研究了不同的前处理措施对种子发芽率的影响，并建立了东南景天有性繁殖技术。一般认为东南景天是无性繁殖植物，不产生种子或不能以种子进行繁殖。本研究发现，在矿山和杭州自然条件下，东南景天能顺利完成整个生育期，产生大量种子，并以种子进行繁殖。超积累东南景天是一种浅休眠植物，种子千粒重约为0.0534 g，采收后的种子在常温放置2周或冷藏2周或用50 mg·L GA3浸泡处理后，其发芽率都有显著提高，达到17％～20％，发芽期间宜采用基质发芽床和间隙光照。由于幼苗发芽后存在40天左右的生长缓慢期，因此要加强苗期管理，及时补充营养。 3．采用传统的扦插方式将矿山取回的茎尖繁殖于杭州沙试验基地，并考察了重金属锌、镉在不同发育时期超积累东南景天地上部各组织中的分布，结果表明：在营养生长阶段，茎部的Zn、Cd含量显著高于叶部，在生殖生长阶段则刚好相反。在生殖器官中，重金属在各部分的含量差异达到了显著水平，表现为子房＞花＞种子，其中种子Zn、Cd含量可达2074.30 mg·kg和49.82 mg·kg。 4．以叶片愈伤再生苗、种子繁殖苗以及直接扦插繁殖苗为材料，研究了不同繁殖方式对东南景天锌耐性与超积累能力特性的影响。结果发现，在1～2000μmol·L锌处理水平下，不同繁殖方式超积累东南景天根系与地上部均生长正常;在50～2000μmol·L锌处理下，种子繁殖苗地上部、根系生物量显著大于组织再生工苗和扦插繁殖苗;随着锌处理水平的增加，超积累东南景天的根长、根表面积、根体积呈现先增后减的趋势，且种子繁殖苗＞组织再生苗＞扦插快繁苗，当锌处理浓度为250μmol·L时，组织再生苗的各根系指标均达到最大值，而种子繁殖苗与扦插繁殖苗的峰值分别出现在Zn处理浓度为500μmol·L和1000μmol·L时;随着锌处理水平的增加，叶片中叶绿素a和叶绿素b的含量也表现出先增后减的趋势，当Zn处理浓度为500μmol·L时，种子繁殖苗叶绿素a和叶绿素b含量达到最大值，分别为0.69mg·g和0.30mg·g;在不同浓度锌处理水平下，三种繁殖方式对东南景天锌耐性与积累能力的影响不显著。各种繁殖方式获得的苗对锌均具有很强的耐性和积累能力，在溶液中锌浓度达500μmol·L时生长最好，在锌浓度超过1000μmol·L时才表现出明显的受害症状;地上部积累锌的含量可达5000 mg·kg;且在高浓度锌处理下，种子繁殖苗地上部锌积累量要高于组织再生苗和扦插繁殖苗。这些结果表明，无论哪种方式获得的种苗，均对锌具有很强的耐性与超积累能力，可根据各地的实际情况选择合适的种质保存方式，以用于修复实践。

关键词：东南景天种苗繁殖组织培养锌超积累

ATP硫酰化酶与东南景天镉超积累作用的研究

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ATP硫酰化酶与东南景天镉超积累作用的研究

作者：梁俊浙江师范大学

学位级别：硕士

由于超积累植物在治理重金属污染土壤方面有广阔的应用前景,已引起国际土壤——植物营养学界和环境科学界的浓厚情趣和政府部门的高度重视。但目前对植物超积累重金属机制认识的不足限制了该技术的应用和推广。东南景天（Sedum alfredii... 详细信息

由于超积累植物在治理重金属污染土壤方面有广阔的应用前景,已引起国际土壤——植物营养学界和环境科学界的浓厚情趣和政府部门的高度重视。但目前对植物超积累重金属机制认识的不足限制了该技术的应用和推广。东南景天（Sedum alfredii Hance）是在我国东南部地区一些古老的铅锌矿区发现的锌镉超积累植物。前期的研究表明超积累生态型东南景天的ATP硫酰化酶（ATPS）基因在DNA水平上与其他近缘种存在差异,而ATP硫酰化酶在多种超积累植物中被证明与超积累作用相关,因此研究东南景天ATP硫酰化酶的活性与表达与重金属超积累的关系有利于阐明东南景天重金属超积累机制。本研究以超积累生态型和非超积累生态型东南景天为材料,分析了两种生态型东南景天叶片中ATP硫酰化酶活性和丝氨酸乙酰转移酶（SAT）活性在不同浓度镉不同时间处理下的变化,测定了两种生态型东南景天根茎叶各部分镉积累的特点,另外还对超积累生态型东南景天的ATP硫酰化酶基因进行了克隆研究,取得的主要研究结果如下: 采用营养液培养法,研究了两种生态型东南景天在10μM、25μM、100μM、400μM浓度镉0—168h处理下叶片ATPS活性和SAT活性的变化,结果表明,超积累生态型东南景天叶片中ATPS活性在各个处理中总是高于非超积累生态型。在短时间Cd处理下,除了超积累生态型在10μM镉处理下变化不大外,两种生态型叶片ATPS酶活性变化趋势相似,都是先上升再下降;但是当处理时间增加到168h时,非超积累生态型东南景天ATPS活明显下降,而超积累生态型东南景天ATPS活性则明显上升。SAT活性在两种生态型间的差异与ATPS相似,超积累生态型SAT在低浓度变化不大,在高浓度活性增强,非超积累生态型对镉处理敏感各种浓度处理均反映强烈,并且活性总是低于超积累生态型。显示出ATPS活性和SAT活性在两种生态型东南景天镉处理下表现出差异:超积累生态型表达量高且持续表达。镉在两种生态型东南景天中的积累特点是:非超积累生态型根部镉积累量在各个对比实验中均高于超积累生态型,而茎和叶中镉积累量则远低于超积累生态型。在100μM镉处理下,超积累生态型东南景天叶片镉积累量最大。通过多种PCR方法,克隆了ATPS基因的部分序列和actin序列,经比对后发现:Tail-PCR克隆得到的DNA序列经比对与某些物种的ATPS蛋白序列相似;克隆得到的非超积累生态型东南景天ATPSDNA序列与超积累相比具有明显的差异;克隆得到的两种生态型东南景天actin基因与其他物种的actin序列相似度很高

关键词：东南景天超积累镉 ATPS

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江西省镉污染土壤中超积累油菜品种筛选

湖北农业科学 2019年第5期58卷 36-38页

作者：杨涛吕贵芬陈院华彭志平谢杰魏林根李建国江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所/农业部长江中下游作物生理生态与耕作重点实验室南昌330200

针对江西省镉污染农田,筛选了15个不同的油菜(Brassica napus L.)品种,考察各品种对镉(Cd)的富集作用。结果表明,Cd总吸附量较大且子粒部位Cd含量符合国家标准的是赣油杂6号,其次是华皖油4号、绵丰油18、赣油杂9号、丰油58等品种。

关键词：镉污染油菜(Brassica napus L.) 超积累江西省