稀土对UV-B辐射伤害植物的影响Ⅰ. Ce(Ⅲ)对UV-B胁迫下油菜幼苗生长及光合作用影响

用水培法研究了Ce(Ⅲ)对紫外辐射(UV-B, 280～320 nm)胁迫下油菜幼苗生长与光合作用的影响. 实验表明, 在紫外辐射(T1/0.15 W·m-2和T2/0.35 W·m-2)胁迫下, 油菜幼苗生长受到严重抑制. 地上部茎(株)高、叶片数、叶面积、叶鲜(干)重、茎鲜(干)重等生长指标均低于对照植株13.2%～44.1%(T1), 21.4%～49.3%(T2); 地下部除根系活跃吸收面积降幅不明显外, 主根长、根体积、根鲜(干)重均低于对照14.1%～35.6%(T1), 20.3%～42.6%(T2). Ce处理油菜幼苗, 上述各项指标降幅均低于未用Ce处理植株(地上部, Ce+T1降低4.1%～23.6%, Ce+T2降低10.8%～28.4%; 地下部, Ce+T1降低5.2%～23.3%, Ce+T2降低 7.0%～27.8%). 表明Ce对紫外辐射伤害油菜幼苗有防护效应,且对低剂量UV-B伤害的防护效果更优. 光合参数测定显示, UV-B胁迫下植株Chl含量, Pn, En, Gs及WUE降低, Ci增高. Ce处理植物的5项参数降幅减小, 表明对光合作用的改善是Ce防护效应的生态生理学基础. 光合参数动态测定显示, Ce介导使油菜光致修复历程缩短(逼向CK的拐点前置), 或各时段变幅陡减.     

镧对油菜抗病性相关酶活性的影响

通过水培试验,研究了La对与油菜抗病性相关的过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和多酚氧化酶(PPO)酶活性以及对膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量的影响。结果表明:喷施0.3mg·kg-1的La3+油菜叶绿素含量显著增加,POD,CAT,SOD和PPO活性增高,MDA含量降低,但可溶性蛋白含量无显著变化。可见La具有诱导植株产生抗病性的作用。     

盐胁迫下镧对小麦幼苗叶片抗氧化系统活性的影响

研究了盐胁迫下La3 对小麦幼苗叶片抗氧化系统活性的调节作用。结果显示,盐胁迫显著增加了细胞膜的相对透性,提高了丙二醛含量及.O2-和H2O2在体内的累积量,从而对小麦叶片造成了一定程度的氧化伤害,其伤害强度随盐浓度的增加而增大。适当浓度La3 处理提高了盐胁迫下小麦幼苗体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)等抗氧化酶活性,对与AsA-GSH循环相关酶类如抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、谷胱甘肽还原酶(GR)的活性也有不同程度的促进作用,从而提高了盐胁迫下小麦植株清除自由基的能力,降低了细胞膜脂过氧化水平,减轻了盐分对小麦幼苗的伤害程度,表明适当浓度的La3 处理对提高小麦抗盐能力是有益的。     

外源H_2O_2对镧胁迫下裸燕麦幼苗光合作用和活性氧代谢的影响

土壤稀土元素污染已成为中国稀土矿区农业可持续发展的制约因素。为探讨信号分子H_2O_2对La胁迫下作物生理响应的调控机制,以裸燕麦品种‘白燕7号’幼苗为试材,采用砂培方法,研究了喷施5 mmol·L~(-1) H_2O_2预处理对1.20 mmol·L~(-1) La~(3+)胁迫下裸燕麦幼苗La含量、生长参数、叶片光合色素含量、气体交换参数和活性氧代谢的影响。结果表明:La胁迫下,裸燕麦幼苗根系和地上部La含量,胞间CO_2浓度(C_i),超氧阴离子(O_2~(·-)), H_2O_2,丙二醛(MDA),类黄酮,总酚和原花青素含量,质膜相对透性(RPP),超氧化物歧化酶(SOD),过氧化物酶(POD),抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性显著提高,而根长、株高及根系和地上部干重、叶片光合色素含量、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、抗坏血酸(ASA)、谷胱甘肽(GSH)、可溶性蛋白质、可溶性糖含量明显降低,过氧化氢酶(CAT)活性变化不大。La胁迫下H_2O_2预处理对裸燕麦幼苗根系La含量没有影响,但地上部La含量显著下降;根长、株高及根系和地上部干重、叶片光合色素、 ASA、可溶性蛋白质、可溶性糖、类黄酮、总酚和原花青素含量、 CAT活性、P_n,G_s,T_r提高,C_i, O_2~(·-), H_2O_2, MDA含量、 RPP, SOD, POD和APX活性下降, GSH含量没有改变。表明La胁迫下外源H_2O_2能够抑制La从根系向地上部的转运,并通过调控活性氧清除系统降低膜脂过氧化程度,提高光合速率,缓解植株生长受抑程度,从而增强裸燕麦对La胁迫的适应能力。     

镧对UV-C胁迫下番茄幼苗的防护作用

在温室中研究了La3+对UV-C辐射胁迫下番茄幼苗保护酶活性及光合色素的影响.结果表明:UV-C胁迫降低了番茄幼苗SOD和POD活性,增加了膜脂过氧化产物MDA含量.La3+对UV-C胁迫下番茄幼苗SOD和POD有显著的调控作用.与单一UV-C胁迫组相比,番茄幼苗SOD活性平均增加了38.03%,POD活性平均增加了20.43%,番茄幼苗MDA含量平均降低18.63%,表明La3+有效防止了番茄幼苗细胞膜脂过氧化作用,一定程度上缓解了番茄幼苗膜系统的伤害.La3+能够显著缓解UV-C辐射胁迫对光合色素的降解作用.与单一UV-C胁迫组相比,番茄幼苗叶绿素a平均提高了17.65%.叶绿素b平均提高了17.11%,类胡萝卜素含量维持较高水平.综合比较各项指标,30 mg·L-1LaCl3在UV-C辐射胁迫下对番茄幼苗的防护效果好于60 mg·L-1LaCl3.     

镧胁迫对蚯蚓几种重要酶活性的影响

采用自然土壤染毒法,研究了镧胁迫对蚯蚓体内蛋白含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性及MDA含量、纤维素酶活性的影响。结果表明,镧胁迫对蚯蚓的几种重要酶活性均产生一定的影响。随着暴露时间的增加,蛋白含量、SOD和POD活性呈现出"低促-高抑"的Hormesis现象,CAT活性波动变化,MDA含量不断增加。纤维素酶活性在低浓度镧胁迫下先下降后上升,高浓度胁迫下纤维素酶活性不断增加。     

镧对水培菜豆和玉米幼苗镉胁迫的缓解作用

以菜豆(Phaseolusvulgaris)、玉米(Zeamays)两种生活型植物幼苗为实验材料,以水培方法研究了镧对镉抑制两种作物生长与代谢的影响。结果表明,在30,300μmol·L-1镉剂量胁迫下,两种作物的生长受到严重抑制,主要表现为株高、主根长下降,叶面积锐减,叶、茎、根的鲜重、干重明显下降;生理生化特性的变化是叶绿素含量下降,质膜透性、MDA含量、过氧化氢酶和过氧化物酶活性均增加,且随镉处理时间的延长,伤害加重。叶面喷施10～20mg·L-1镧1次,对镉污染下的两种作物幼苗的生长与代谢有一定缓解效应,可减轻镉对幼苗的伤害程度。这与镧能提高两种作物植物叶绿素含量,降低细胞膜透性和MDA含量,维持过氧化氢酶和过氧化物酶活性等多重作用相关。     

La-Gly对Pb胁迫下大豆幼苗生理生化特性的影响

大豆幼苗在高剂量Ｐｂ 胁迫下, 生理生化特性发生明显改变, 其中ＭＤＡ、质膜透性、ＣＡＴ和ＰＯＤ 活性急剧上升。叶面喷布３０ ｍｇ·Ｌ－１ＬａＧｌｙ１ 次, 可缓解Ｐｂ 对大豆幼苗的伤害。这同ＬａＧｌｙ 降低植株体内Ｐｂ 含量, 增强光合作用与ＮＲ 活性, 降低ＭＤＡ含量与质膜透性, 维持保护膜（ＣＴＡ、ＰＯＤ） 活性等多重作用相关。     

镧缓解镍对水鳖叶片的毒害效应研究

以水鳖叶片为实验材料,研究了重金属Ni毒害下La的缓解效应。La能缓解重金属Ni胁迫导致的水鳖(HydrocharisdubiaBL Backer)叶片叶绿素含量的降低,细胞膜透性(relativemembranepenetrability)的增加和丙二醛(MDA)的积累。加入10mg·L-1La后与同浓度的单一Ni处理相比,超氧化物歧化酶(SOD),过氧化氢酶(CAT)活性有不同程度的增强,过氧化物酶(POD)活性有所减弱,表明它增强了对活性氧的清除能力,缓解了Ni对膜的伤害;可溶性蛋白含量则保持较高的水平,脯氨酸(proline)含量刚好相反,体现出La能增强水鳖对Ni胁迫的抗性,两组不同处理差异显著。而高浓度Ni处理,La则与Ni协同,从而加快细胞死亡进程。因此,La只能缓解一定浓度Ni对水鳖的毒害(Ni<10mg·L-1),而对高浓度Ni缓解效应不明显甚至加剧毒害作用。     

汞胁迫下La(NO3)3对小麦幼苗抗氧化酶活性的影响

通过营养液培养实验，研究了小麦幼苗在遭受汞胁迫后，镧对地上部及根系的生长和抗氧化酶活性及脂质过氧化物产物MDA含量的影响。试验表明：小麦幼苗遭受汞胁迫的初期，镧对提高超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT）的活性的降低的含量有一定的正效应；但随胁迫程度的加重和胁迫时间的延长，镧与汞发生协同作用，不仅不能缓解汞对小麦幼苗的毒害，而且更加剧了汞对小麦幼苗的毒害。     

外源钕减轻了重金属镉对菹草的毒害作用

研究了不同浓度钕对菹草镉胁迫的缓解效应.结果表明,单一镉(10 mg·L-1)处理降低了菹草叶片抗氧化酶系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性,丙二醛(MDA)含量升高,可溶性蛋白和叶绿素含量下降.用不同浓度钕处理后,明显减轻了这些症状,抗氧化酶活性均有所提高,与毒害对照相比,SOD、CAT及POD活性分别提高了14.0%～30.0%,8.8%～47.3%,4.6%～15.1%,并减轻了叶绿素和可溶性蛋白的降解,减缓了MDA的积累.随着钕浓度的进一步加大,缓解效应逐渐减弱,钕作用的最适浓度为10～15mg·L-1.     

Ce4+对过氧化氢酶构象的影响

为了探讨Ce4+对过氧化氢酶(CAT)构象的影响, 以离体的牛肝过氧化氢酶(CAT)为实验材料, 用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、 CD谱、红外光谱等方法分析Ce4+作用后CAT构象的变化, 发现CAT的构象与Ce4+的浓度相关, Ce4+的浓度较低时, CAT的α-螺旋含量增加, β-折叠含量减小;Ce4+的浓度较高时, 结果相反. 结果表明, 不同浓度的Ce4+对CAT构象的影响不同.     

LaCl3对欧洲李(Prunus domestica) GF43试管苗根系生长及衰老作用的影响

研究了2.5 μmol·L-1 LaCl3在GF43试管苗根系生长及衰老过程中的作用. 结果表明, LaCl3可促进GF43试管苗根系生长及干物质积累, 显著提高超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化氢酶 (CAT)和过氧化物酶(POD)等抗氧化酶活性, 降低超氧阴离子自由基(·O-2)产生速率、丙二醛(MDA)含量和膜透性, 对细胞膜结构具有稳定作用, 从而延缓试管苗根系的衰老进程. 此研究对解决核果类果树工厂化育苗过程中的生根及移栽问题具有一定的参考价值.     

铈对酸雨胁迫下大麦种子萌发的影响

研究了铈对酸雨胁迫大麦种子萌发的影响,随着雨ｐＨ值的增加,大麦发芽势,发芽率、幼苗地下与地上部干重及叶绿素含量递减,根系质膜透性递增;酸雨对铈浸种的大麦种子的胁迫作用减轻,表明有缓解酸雨胁迫种子萌发的作用。     

铈(Ⅲ)对盾叶薯蓣(Dioscorea zingiberensis C.H. Wright)组培苗生根及生理生化效应的研究

以盾叶薯蓣茎段为外植体,在生根培养基中添加不同浓度的Ce3+,观察其对盾叶薯蓣组培苗生根和抗氧化酶系统及活性氧代谢水平的影响. 结果表明,0.5～20 mg·L-1的Ce3+对盾叶薯蓣组培苗生根有明显的促进作用,可显著提高外植体的生根率、单株发根数、根的鲜重等,5 mg·L-1的Ce3+显示出最强的促进效应,而高浓度的Ce3+呈抑制效应. 培养基中添加合适浓度的Ce3+对组培苗叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)等有显著的调节作用,有效抑制·O2-的生成速率和丙二醛(MDA)的积累,显示出Ce3+对组培苗促进生根的效应与调节活性氧代谢水平的一致性.     

镧、铈及重金属元素铬、锌对竹叶眼子菜的毒害作用

研究了镧、铈及重金属元素铬、锌对高等沉水植物竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus Miq.)的毒害作用. 结果表明, La3 , Ce3 , Zn2 在低浓度范围内, 均能诱导叶绿素、蛋白质合成, 但浓度过高时却对叶绿素、蛋白质起破坏作用;而Cr6 处理却使上述两指标随其浓度的升高逐渐降低. 4种离子对竹叶眼子菜的保护酶系统存在不同的影响, 低浓度条件下, 诱导过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性升高, 当污染加重时, 这两种酶的活性却随处理浓度的升高逐渐下降; 超氧化物歧化酶(SOD)活性变化与CAT、 POD相反, 它在低处理浓度情况下酶活下降, 随处理浓度的加大酶活诱导上升, 其活性变化趋势与·O-2 产生速率正好相反. 随4种离子处理浓度增高, MDA含量呈升高趋势, 并与4种离子的处理浓度之间皆呈极显著正相关. 4种离子的毒性强度依次为Cr6 >Ce3 >Zn2 >La3 . Cr6 对竹叶眼子菜的致死浓度为0.5～1 mg·L-1, Ce3 , Zn2 为3～5 mg·L-1 , La3 为7～10 mg·L-1. 镧、铈同重金属元素铬、锌对竹叶眼子菜的毒害机制相似.     

铈在水鳖叶片内的分布及生理和结构效应分析

以分布广泛的高等浮水植物--水鳖为研究对象,在人工模拟的含不同浓度Ce的水溶液中培养7 d,研究了Ce在水鳖叶细胞中的分布及其结构和生理效应. 随着Ce浓度的增大,水鳖叶片褪绿程度逐渐加重,光合色素(叶绿素和类胡萝卜素)含量也显著下降. Ce对保护酶系统存在不同影响,分别在2.5和5 mg·L-1时诱导SOD和POD活性达峰值,其后逐渐下降,但POD活性都高于对照,SOD则受到明显抑制,而CAT活性一直呈上升趋势. Ce导致可溶性糖在水鳖叶片内显著积累. 可溶性蛋白含量在2.5 mg·L-1 Ce时最大,比对照增加了12.98%,其后则下降并与Ce浓度显著负相关. SDS-PAGE电泳表明,当Ce浓度大于2.5 mg·L-1后,分子量为141.9,54.8和15.8 kD的蛋白/多肽表达逐渐减弱,但同时诱导出了分子量为33.0和20.7 kD的新蛋白. 电镜观察发现Ce对叶绿体、线粒体和细胞核的结构造成明显损伤,主要是被膜或外膜破裂和核质消失. 定位结果显示Ce主要分布在细胞壁以及细胞壁和质膜之间,原生质体内部没有观察到. 结果表明,(1)Ce不仅损害了水鳖的生理活性,而且也破坏了细胞的超微结构,最终导致植物死亡. (2)光合色素是反应最敏感的生理指标. (3)在实验周期内,Ce对水鳖的半效应浓度(EC50)为10 mg·L-1,水体最大允许浓度为1 mg·L-1.     

镧对镉离子胁迫下黑曲霉抗氧化酶活性变化的影响

分别应用含有120μmol·L-1 La3+,50μmol·L-1 Cd2+,100μmol·L-1 Cd2+,50μmol·L-1 Cd2++120μmol·L-1 La3+,100μmol·L-1Cd2++120μmol·L-1 La3+的培养基培养黑曲霉,3 d后测定黑曲霉菌球的生物量及其胞内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化物酶(POD)和谷胱甘肽-S-转移酶(GST)活性及脂质过氧化产物(MDA)的变化。结果表明,50和100μmol.L-1Cd2+降低了黑曲霉生物量和五种抗氧化酶活性,并诱导了MDA产物的升高。与Cd2+单一处理比较,50μmol·L-1 Cd2++120μmol·L-1 La3+和100μmol·L-1 Cd2++120μmol·L-1 La3+处理组均不同程度上诱导了五种抗氧化酶活性的升高,并降低了MDA的积累水平。其中,120μmol·L-1 La3+对50μmol·L-1 Cd2+氧化胁迫的缓解效应明显高于100μmol·L-1 Cd2+。因此,La对黑曲霉中低剂量Cd胁迫的缓解效应比较显著,而对高剂量Cd的拮抗效应不明显。     

木麻黄质膜离子泵在酸雨条件下对镧的响应

研究镧对酸雨(pH为4.5)胁迫下木麻黄幼苗早期生长和质膜离子泵ATP酶活性的影响。结果表明:较低浓度La3+浸种能使幼苗株高、根长、鲜重以及质膜质子泵活性明显增强,在200mg·L-1La3+处理时达到最高增强值,而高浓度的La3+浸种使之表现出抑制效应;幼苗质膜钙泵的活性受La3+抑制。质子泵活性与细胞的伸长生长呈显著正相关关系,镧对质子泵的活化作用有助于促进植物的生长,且适量的镧具有缓解酸雨胁迫下生长的植物细胞质酸化,维持细胞内环境稳定的间接作用。为抗酸雨和促生长,木麻黄经镧浸种8h的最适宜La3+浓度为50～200mg·L-1。     

稀土对NaCl胁迫下矮牵牛幼苗生长抑制的缓解效应

以矮牵牛为材料,采用组织培养的方法,探讨硝酸稀土对NaCl胁迫下矮牵牛幼苗生长抑制的缓解效应.结果表明,在试验区间范围内,采用90 mg·L-1硝酸稀土对0.4%的NaCl胁迫下矮牵牛的株高、单株鲜重和根长有明显的缓解效应,分别为:14.5%,19.9%和53.2%,对生根率缓解效应不明显;当NaCl浓度为0.8%,硝酸稀土对株高和单株鲜重缓解效应不明显,对根长和生根率反而有抑制作用,抑制效应分别达到34.6%和48.4%.在一定范围内硝酸稀土对NaCl胁迫矮牵牛根系的POD,SOD和CAT同工酶的活性均有促进作用,表达种类无明显变化.随着硝酸稀土处理浓度的提高,叶片POD同工酶活性呈现低-高-低变化,表达种类无明显变化;SOD同工酶活性增强,表达种类增多;CAT同工酶活性下降,表达种类减少.