我国矿产资源不合理开发导致的重金属污染较为严重,植物修复是解决土壤重金属污染问题的有效方式,因此亟需开展耐重金属胁迫植物筛选和尾矿堆积区重金属修复的研究.本研究以云南干热河谷地区广泛引种的辣木(Moringa oleifera)为对象,通过盆栽试验模拟不同浓度土壤复合重金属(Cd-Pb-Cu-Zn)胁迫,探讨了辣木叶片光合作用能力、植株生长特性和生物量分配对复合重金属胁迫的响应,揭示了辣木对复合重金属胁迫的适应机制和不同重金属的富集特征.结果表明,复合重金属胁迫对辣木叶片光合能力、植株生长特性、生物量分配特征均产生了显著影响.复合重金属胁迫对辣木叶片光合能力的影响整体表现为低促高抑;辣木株高、地径、根长、根粗的生长都受到显著抑制,且随着胁迫的加剧,抑制作用逐渐增强;随着胁迫的加剧,辣木将更多的生物量投入至地下部分.适应重金属胁迫过程中,辣木将更多的重金属储存在地下生物量中.此外,辣木对4种重金属元素的耐受性和富集能力不同,其中对Cu2+和Zn2+的耐受性较好,对Cd2+和Zn2+富集能力较强.综上,辣木对复合重金属胁迫有一定的耐受性,且生物量较大,生长较快,可考虑作为重金属污染较轻区域的辅助修复植物.

以柠檬香蜂草(Melissa o f f icinalis)幼苗为材料,设置不同浓度Cu2+胁迫(CK、200、400、800和1000 mg· kg -1)盆栽实验,测定胁迫0、7、14、21、28 d后植物生物量、叶绿素含量、抗氧化酶活性、可溶性蛋白含量、丙二醛(MDA)含量以及植物体内Cu含量等指标,探讨柠檬香蜂草对Cu2+的耐受性及其积累特征.结果表明:(1)相同处理时间下,柠檬香蜂草除MDA含量外其他所有指标均随着Cu2+胁迫处理浓度的增加呈低浓度促进、高浓度抑制的变化趋势,且高浓度组(800和1000 mg·kg -1)与低浓度组(200和400 mg·kg -1)之间差异显著(P<0.05);MDA含量在1000 mg·kg -1浓度下持续增长至第14天后开始下降.(2)柠檬香蜂草体内Cu的积累量随Cu胁迫浓度的升高呈先增加后减少的趋势,并在浓度为400 mg·kg -1时达到最高值(0.71 mg/盆).(3)在整个胁迫过程中,柠檬香蜂草植株的铜富集系数及其耐性系数均随Cu浓度的增加而减小,各处理浓度对Cu的耐性系数均大于0.5,富集系数均大于1.研究发现,柠檬香蜂草对Cu胁迫具有一定耐受性和富集能力,具有成为铜污染土壤修复植物的潜力.

以从新疆富蕴县金属矿区土壤筛选出的抗重金属微藻F1为材料,测定在不同浓度(0、0.5、1.0、1.5和2.0mmol/L)Cu2+胁迫下F1微藻叶绿素a、可溶性蛋白、MDA和谷胱甘肽(GSH)含量,以及谷胱甘肽硫转移酶(GST)、谷胱甘肽过氧化酶(GSH-PX)和谷氨酰半胱氨酸合成酶(GCL)的活性,同时用红外光谱仪检测细胞壁上参与重金属螯合的官能团,用扫描电镜分析细胞壁上的离子交换情况,探讨F1土壤微藻对CR2胁迫的耐受生理机制,为利用微藻生态修复技术去除污染区土壤重金属奠定基础.结果显示:(1)F1土壤微藻对Cu2+具有较强的耐抗性.(2)F1土壤微藻细胞中参与吸附Cu2的基团分别为-OH、-CH2、-RCONH2和C-OH等.(3)F1土壤微藻在吸附Cu2+的过程中,Cu2 +与细胞壁上的Al3+、Fe2+、Mg2+、Ca2 +、K+、Na+和Zn2+发生了交换.(4)藻细胞中的GSH和GSH-PX在F1土壤微藻耐受Cu2+胁迫时起主要作用.研究认为,F1微藻种对Cu2+的耐受性首先与其细胞壁外表细微结构及其离子交换特性有关,并且细胞壁上-OH、-CH2、-RCONH2和C-OH等化学基团起着重要作用,其次细胞内的谷胱甘肽以及谷胱甘肽相关酶类能够有效清除活性氧的过量积累,最终保护细胞免受重金属胁迫损伤.

该研究以芜菁(Brassica rapa var.rapa)为材料,克隆得到重金属ATP酶(HMA)家族1对同源基因BrrHMA2.1(GenBank登录号:MG_283237)和BrrHMA2.2(GenBank登录号:MG_283238),并对其蛋白质序列特征和基因表达模式进行分析.结果表明:(1) BrrHMA2.1和BrrHMA2.2基因的全长开放阅读框分别为2 619和2 724 bp,分别编码872和907个氨基酸;序列结构分析显示,BrrHMA2.1和BrrHMA2.2蛋白含有6个跨膜区和HMA蛋白家族保守结构域;系统进化树结果显示,BrrHMA2.1和BrrHMA2.2蛋白与拟南芥HMA家族成员AtHMA2进化关系最近.(2)亚细胞定位结果表明,BrrHMA2.1和BrrHMA2.2蛋白都定位于细胞膜上.(3)qRT-PCR分析表明,芜菁生长初期BrrHMA2.1和BrrHMA2.2基因在叶中的表达量最高;随着生长时间的延长,叶中的表达量逐渐降低,而根中的表达量逐渐增加.(4)研究发现,BrrHMA2.1受Cd2+、Zn2+、Na+、Mg2+胁迫诱导表达,BrrHMA2.2受Cd2+、Na+、Cu2+胁迫诱导表达,表明2个基因可能参与这些金属离子的转运过程.该研究结果为进一步研究植物HMA基因在重金属吸收和转运过程中的功能奠定了基础.

基于谷胱甘肽(Glutathione,GSH)含量变化和铜吸附性分析地卷、平盘软地卷和犬地卷响应Cu2+胁迫的差异,以了解谷胱甘肽在低等生物地衣抗重金属胁迫中的作用.分光光度法和火焰原子吸收方法分别测定地衣体的GSH与细胞内、外的铜含量.结果显示,低浓度Cu2+胁迫下,3种地卷GSH均呈上升趋势,4 mmol/L时达最高;5-8 mmol/L时,地卷和犬地卷的GSH逐步下降较明显,但仍显著高于对照组,而平盘软地卷GSH在3-5 mmol/L Cu2+范围差异不显著,Cu2+ ＞5 mmol/L时才出现较明显的下降(P＜0.05).4 mmol/L Cu2+处理时间不同时,犬地卷的GSH变化与处理时间正相关,而地卷和平盘软地卷的GSH出现波动式变化(6h增加,12h下降,18-24 h上升).3种地卷胞外铜与Cu2+浓度和处理时间呈正相关并显著高于胞内铜(P＜0.01),而胞内富集的铜与地衣GSH变化相对应呈高-低-高的变化趋势.菌藻共生的特殊生物-地卷类似于高等植物可诱导合成GSH缓解胁迫产生的伤害,3种地卷的铜耐受性差异与其铜吸附性和GSH合成能力密切相关.

通过对北方铜业铜矿峪矿十八河尾矿坝的优势植被白羊草进行叶鞘内生真菌分离,并对白羊草内生真菌的形态特征及孢子形态进行描述,同时,选取其中7个菌株进行actG、tefA和tubB扩增、测序和系统发育分析.结果表明,从白羊草中分离出的内生真菌属于为Epichlo(e)属,菌落正面呈白色,背面浅黄色,白羊草内生真菌生长速度较慢,孢子大小为1.208-8.048 μm之间,孢子形态椭圆、球型.根据分子系统发育学分析结果,将白羊草内生真菌鉴定为Epichlo(e) sibiria.通过对白羊草内生真菌进行不同浓度的重金属胁迫处理,发现其对重金属具有一定耐受性,具体表现为:Zn2+(120 mg/L)、Cu2+(160 mg/L)、pb2+(240 mg/L)和Cd2+(8 mg/L).对丰富天然禾草内生真菌资源,以及铜矿区生态修复过程中,白羊草内生真菌提高宿主抗性方面的应用具有重要意义.

微生物胞外聚合物(EPS)在多环芳烃(PAHs)和重金属污染土壤修复领域的作用已有大量研究,但重金属胁迫对PAHs高效降解菌EPS特征的影响机理尚不明确.本文通过使用铜、铅离子作为胁迫源对PAHs高效降解菌毛霉(Muoor mucedo)进行胁迫培养,并对提取的毛霉EPS性质进行表征,阐明在铜、铅离子胁迫下,毛霉EPS特征的变化.结果表明:铜、铅离子浓度从0增加到80 mg·L-1,毛霉EPS产生量(TOC)、多糖成分含量(PS)、蛋白质含量(PN)、表面张力、乳化指数和Zeta电位的值(绝对值)逐渐增大,最大值分别达到706.4 mg·L-1、1.035 mg·L-1、0.907 mg·L-1、57.63 mN·m-1、44.5％和-26.21 mV;当铜、铅离子浓度大于80 mg·L-1时,除乳化指数外,EPS产生量、PS、PN、表面张力和Zeta电位值(绝对值)显著降低,同时,Cu2+胁迫下EPS各理化性质的变化比Pb2+胁迫下更加明显;铜、铅离子胁迫对PAHs高效降解菌毛霉EPS产生量、组成成分含量、表面张力、乳化性以及Zeta电位等有促进作用.

一氧化氮(NO)作为信号分子,在抵御重金属胁迫中起重要作用,但对不同离子胁迫下的解毒机制尚缺乏研究.本研究采用营养液培养法,研究了铜(Cu)、镉(Cd)单一或复合胁迫下,番茄幼苗对Cu、Cd的吸收转运特性及对外源NO的响应机制.结果表明:50 μ,mol·L-1的CH2+、Cd2+均显著抑制番茄植株的生长,其中Cd胁迫对生长的抑制效应远高于Cu胁迫.Cu、Cd单一或复合胁迫均使番茄根系Cu、Cd含量显著升高,但根系对Cu、Cd吸收存在严格选择性.根细胞对必需元素Cu表现出“奢侈吸收”的现象,而对毒性较强的Cd则吸收相对较少,胞内Cd浓度仅为Cu的1/10左右.外源NO处理可不同程度地缓解Cu、Cd胁迫,其中缓解Cd胁迫的效能更强.番茄对被动进入细胞的Cu、Cd具有相似的解毒机制:一方面,Cu、Cd胁迫诱导细胞质中产生谷胱甘肽(GSH)、植物螯合肽(PCs)和金属硫蛋白(MTs),络合过多的Cu、Cd离子,降低其生物毒性;另一方面,过多的Cu、Cd离子或螯合物被转运至液泡区隔化.外源NO通过调控GSH-GSSG(氧化型谷胱甘肽)氧化还原状态及GSH-PCs代谢方向的改变,促进Cu、Cd离子转运至液泡区隔化来缓解胁迫抑制;NO还可诱导植株叶片或根系表达更多的金属硫蛋白、GSH和PCs,而且上述响应普遍存在叠加效应.这可能是NO介导番茄对Cu、Cd胁迫的另一主要解毒途径.

目的 研究含不同浓度Cu2+人工饲料胁迫对亮斑扁角水虻幼虫血淋巴能量物质总糖、蛋白质和脂肪水平的影响,为亮斑扁角水虻作为替代蛋白质或脂类能源的潜能提供理论依据.方法 在人工饲料中添加终浓度为75、150、300、600、1 200 mg/kg的Cu2+,对孵化至化蛹的亮斑扁角水虻幼虫进行连续5代的胁迫.将幼虫进入5龄期的时间点记为0h,每24 h取样1次,直至化蛹.采用等离子体原子发射光谱仪检测不同处理浓度Cu2+在亮斑扁角水虻第1、3、5代6龄幼虫血淋巴内的累积;然后利用紫外分光光度法测定受Cu2+胁迫1、3、5代亮斑扁角水虻幼虫血淋巴中总糖、蛋白质和脂肪含量.结果 Cu2+可在亮斑扁角虻幼虫血淋巴中积累,并随胁迫浓度的增加而增加;Cu2+胁迫浓度达到1 200 mg/kg时可显著降低(0 ～120 h)血淋巴中总糖含量,且与对照相比显著降低;第1代幼虫(0～ 120 h)血淋巴中蛋白含量在各处理浓度Cu2+胁迫下与对照相比均显著增加,当处理浓度增加至600～1200 mg/kg时Cu2+胁迫均显著降低了第3、5代幼虫(0～120 h)血淋巴中蛋白含量,且随处理浓度增加血淋巴中蛋白含量显著减少;75 mg/kg处理浓度胁迫(0 ～48 h)使第1代幼虫血淋巴脂肪含量增加,150～1200 mg/kg处理浓度Cu2+胁迫均显著降低了第3、5代亮斑扁角水虻幼虫(0～120 h)血淋巴中脂肪含量.结论 Cu2+胁迫可明显影响亮斑扁角水虻幼虫血淋巴的总糖、蛋白质及脂肪水平,且随着Cu2+胁迫浓度及胁迫世代数的提高,血淋巴中相关能量物质水平有明显减低的趋势.

目的 分析Cu2+胁迫前后福寿螺谷胱甘肽S转移酶(PcGST)基因的表达规律,探讨福寿螺适应Cu2+的相关机制. 方法 80只福寿螺随机分为4组,每组20只福寿螺,Cu2+胁迫浓度分别为0、50、100、150 μg/L.分别于Cu2+胁迫后的0、1、7、14 d,各组随机取3只福寿螺,分离其肝脏、鳃、肾脏组织,分别提取组织中的RNA,逆转录为cDNA,实时荧光定量PCR检测Cu2+胁迫前后PcGST mRNA的相对表达量.基于Cu2+胁迫下的福寿螺基因转录组筛选获得PcGST基因,构建pET-28a-PcGST重组质粒,转化至大肠埃希菌(E.coil)BL21 (DE3)感受态细胞中,经异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)诱导表达,十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分析重组蛋白表达情况.将转化菌株(含PcGST基因的E.coil)和非转化菌株(未转化的E.coil)等量分成6份,随机取3份作为Cu2+胁迫组(含0.2 mmol/L的CuS04),另3份作为对照组(不含CuS04),20℃、150 r/min摇床培养.每隔1h测定一次菌液吸光度(A600)值,连续测定6h.采用t检验比较转化菌株和非转化菌株对Cu2+的耐受能力. 结果 设定无Cu2+胁迫下的福寿螺组织中PcGST mRNA的相对表达量为1.0±0.0.肝脏组织中,50 μg/LCu2+胁迫下,PcGST mRNA的相对表达量于0～14 d呈持续上升趋势,峰值为4.9±0.5;100 μg/L、150 μg/L Cu2+胁迫下,PcGST mRNA的相对表达量先上升后下降,峰值均于7d出现,分别为13.0±3.0和12.2±2.2.鳃组织中,50 μg/L、100 μg/L Cu2+胁迫下,PcGST mRNA的相对表达量先上升后下降,峰值均于7d出现,分别为5.3±0.7和23.3±16.5;150 μg/L Cu2+胁迫下,PcGST mRNA的相对表达量也呈现先上升后下降的趋势,峰值于1d出现,为9.8±3.3.肾脏组织中,50 μg/L Cu2+胁迫下,PcGST mRNA的相对表达量随时间变化不显著;100 μg/L Cu2+胁迫下,PcGSTmRNA的相对表达量前期随时间变化不显著,于14 d出现显著增加,为3.9±1.0;150μg/L Cu2+胁迫下,PcGST mRNA的相对表达量于0～14 d呈持续上升趋势,峰值为18.0±0.8.PcGST基因PCR扩增产物约为600 bp.SDS-PAGE结果显示,PcGST蛋白的相对分子质量(Mr)约为26 370.LB液体培养基中,转化菌株与非转化菌株的生长曲线接近,最大A600值分别为1.5±0.0和1.4±0.0,差异无统计学意义(P＞0.05);含0.2 mmol/L CuSO4的LB液体培养基中,转化菌株的生长曲线优于非转化菌株,最大A600值分别为1.5±0.1和1.0±0.0,差异有统计学意义(P＜0.05). 结论 Cu2+胁迫能促进福寿螺体内PcGST基因的表达.