植物对氟和硫的积累及其评价功能研究
重金属富集植物的超积累机理研究进展
ｄｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００４－２７５Ｘ ２０２０ １２ ０３重金属富集植物的超积累机理研究进展张文博，王彩虹，刘艳萍（河套学院，内蒙古 临河 ０１５０００）摘 要：植物修复是重金属污染土壤的修复方法中最为绿色环保的技术，重金属在能够富集重金属的植物体内吸收和积累的机制是整个修复方法的关键所在，对整个植物修复技术的发展和突破有重大的意义。
主要从超累积植物对重金属的解毒机理、吸收和转运机制、抗性的机理等方面进行了综述。
关键词：重金属富集植物；解毒；转运；机理中图分类号：Ｑ９４５ １２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－２７５Ｘ（２０２０）１２－００９－０３ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＨｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＨｅａｖｙＭｅｔａｌ－ｅｎｒｉｃｈｅｄＰｌａｎｔｓＺｈａｎｇＷｅｎｂｏ，ＷａｎｇＣａｉｈｏｎｇ，ＬｉｕＹａｎｐｉｎｇ（ＨｅｔａｏＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ，Ｌｉｎｈｅ０１５０００）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｍｏｓｔｇｒｅｅｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｂｙｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ，ａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｐｌａｎｔｓｗｈｉｃｈｃａｎｅｎｒｉｃｈｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｉｓｔｈｅｃｏｒｅｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｒｅｍｅｄｉ ａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｉｔｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｄｅ ｔｏｘｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｕｐｔａｋｅａｎｄｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ，ａｎｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｓｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ，ｄｅｔｏｘｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍ 近年来，由于工业化进程的加快，人类活动如开采、冶炼、化工等会造成土壤重金属的积累，同时，大量施用污泥化肥也会产生土壤重金属的污染，土壤重金属污染的形势也越来越严峻。
植物体内硫的运输与同化的研究进展
植物体内硫的运输与同化的研究进展浙江农业第23卷第2期(2011年3月)1植物体内硫的输送硫在植株体内的运输主要以sO的形态进行,跨膜质子同向运输蛋白催化此过程,但也有少量的硫以还原硫的形态运输,如半胱氨酸,谷胱甘肽等.植物从土壤中吸收硫是一个逆浓度梯度的主动吸收过程,主要以硫酸根的形式进入植株体内,因此,需要蛋白载体.这些运输蛋白分别参与根系初始吸收,长距离运输,硫同化以及光合作用和细胞器运输.植株营养生长时期,根系吸收的硫素大部分流向正在发育的叶片.生殖生长时期,硫素主要保证籽粒的需求,此时根系和叶片细胞液泡中的无机硫,叶片中的谷胱甘肽以及其他部位中的有机蛋白都是硫素的积累形式.硫在植物体内可以移动,但是这种移动十分有限,所以缺硫症状首先表现在植物的幼嫩器官.硫在植株体内的移动称为再分配,通常是以无机硫即硫酸根的形式输出,在叶片成熟时,没有合成为有机硫的无机硫通过一定的循环通道进入正在发育的部位被再次利用,但严重硫胁迫时,有机硫也可以通过蛋白质水解转化为无机硫输出到幼嫩部位被再次利用.1.1硫酸盐在植物体内的运转植物根系以很高的亲和力吸收硫酸盐,在土壤硫酸盐含量为0.1nlInO|?L或更低时,便可以达到最大的硫酸盐吸收速率J.植物根系吸收的硫酸盐运转到地上部是被严格控制的,它似乎是硫同化的最初控制位之一(图1).硫素的运转取决于该部位细胞组织的硫素供应以及其他部位对硫素的需求状况.根系所吸收的硫酸盐迅速越过根细胞的原生质膜,然后输送到木质部的导管,最后通过蒸腾流运送到地上部.硫酸盐的吸收和运转都需要能量,以质子/硫酸盐(可能是3H/sO一)的方式一起运转.这种能量由ATP酶(A TPases)的质子梯度所产生...在地上部,硫酸盐未被固定而直接运转到叶绿体中还原.通过基因比对和系统发生学分析,硫酸盐的运转体基因(transportersgene)可以分成5组群],每一组群都含有动力学性质和表达模式各l)f硫化物还原酶O?O6—0-2亚硫酸盐lAMP+GGsssHR-~1.APs～还原酶^)lA TP删化酶APS为5一磷酸硫腺苷;Fdred和Fdox分别为还原和氧化铁氧还蛋白;GSH和GSSR分别为还原和氧化谷胱甘肽图1植物中硫酸盐还原和同化的示意图Fig.1Schematicofreductionandassimilationofsulphatesinplants异的硫酸盐运转体.近年来,已从不同种类的植物中鉴定出植物硫酸盐运转体的基因组.组群I硫酸盐运转体负责根系对硫酸盐的吸收,而组群Ⅱ硫酸盐运转体参与液泡内的硫酸盐的运转.组群I是高亲和力的运转载体基因,它与根系吸收硫酸盐有关(图1),负责将s0一吸收到植物根系内;组群Ⅱ编码产物的特点是对so一的低亲和性,主要负责s0:一的运输,在根和地上部分均有表达;组群Ⅲ在叶中表达;组群Ⅳ运转载体基因涉及到硫酸盐还原前到质体的运转;组群V 硫酸盐运转的功能目前尚不清楚.高亲和力的硫酸盐吸收,低亲和力的液泡运转以及液泡的流出物(efflux)均由植物的营养状况所控制.研究表明,缺硫时,从根部的液泡和成熟叶片中输出的硫与需求部位的要求不一致, 不能满足生长需要.谷胱甘肽是有机硫转运的重要形式,同时也是缺硫的传导信号.缺硫时,谷胱甘肽的含量迅速下降,促进硫素的吸收和再分配.硫酸盐亏缺导致对硫酸盐吸收的降低,使甘一位.卜孟赐福,等.植物体内硫的运输与同化的研究进展蓝生物量和地上部/根之比降低.小麦和紫豆中的硫酸盐存在于液泡巾,而且是不移动的;相反, 甘蓝在硫亏缺时能利用来A地上部和根系的硫酸盐.一般情况下,硫素不发生移动,但在代谢加强或者是硫胁迫时才会出现硫的转移.未成熟叶片(最大长度伸展至6o%～70%左右的叶片) 是硫素再分配的主要来源.在硫素营养供应正常的条件下,这种叶片中的硫素有90%左右被再次利用;供硫充足时,叶片中还会有硫素积累的现象.硫胁迫时,叶片巾的可溶性硫被合成为有机硫而被固定在叶片中,不再输出.1.2根系中硫酸盐运转的阴离子通道硫进入质体后或进行同化,或贮存在液泡中,或为满足源/库需求而在器官间长距离运输, 这些过程都需要特异的硫酸盐运输蛋白,其中包括根系细胞最外层的质膜运输蛋白,维管组织质膜运输蛋白,叶中叶肉细胞质膜运输蛋白,与质体和液泡运输有关的运输蛋白等.这些运输蛋白分别参与根系初始吸收,长距离运输,硫同化以及光合作用和细胞器运输.质膜硫酸盐运输蛋白共有4种类型:质子/硫酸盐协同运输蛋白,阴离子通道,ABC蛋白质和草酰乙酸盐/硫酸盐运输蛋白.质子/硫酸盐协同运输蛋白由l2个跨膜结构组成,属于阳离子/溶质协同运输蛋白,在跨膜质子梯度驱动下调节活性硫酸盐的吸收,冈而对质膜ATPase产生的质子梯度(pH值)有依赖性.除质子/硫酸盐协同运输蛋白外,其他运输蛋白可能调节植物细胞内的硫酸盐运输.植物根系的有机和无机阴离子流出(anion efflux)在植物营养中有重要的作用.硫酸盐的流出确实出现在Arabidopsis中,而且它的运转最有可能在阴离子通道中进行].研究发现,当植物生长在硝酸盐或硫酸盐过量的介质时,流进物大大超过需要量,根上的流出可以比流进高70% ～80%….硫酸盐一流出一通道和通过硫酸盐运转体带入的流进物的同时存在,表明在根质膜上硫酸盐的循环是很频繁的.硫酸盐一流出一通道在细胞硫酸盐浓度的体内平衡(homeostasis) 中有重要作用.2植物体内硫的还原和同化2.1植物中硫酸盐的还原和同化SOj在植物体内的同化在许多方面与NO;的同化相似.s0j一的跨细胞膜吸收主要受一个编码不同的亲和性硫转运体基因家族的表达调控.植物中的硫酸盐同化过程包括:活化阶段,还原阶段和Cys合成阶段J.soj一的化学性质很稳定,在还原或与稳定的有机化合物发生酯化作用之前需要活化.SOj一的同化过程如图2 所示.半胱氨酸是植物硫同化的最初产物.它和谷胱甘肽(GSH)都是细胞的组成成分.细胞的组成成分都来自植物基本代谢的三个最重要途径(光合作用,氮同化和硫酸盐同化)"''.半胱氨酸中的硫来自硫酸盐同化途径中异养组织的叶绿体或质体内被还原的硫.在这个途径中,硫酸盐由硫酸盐运转体运转到植物细胞.首先,硫酸盐在一个由ATP磺酰酶所催化的反应中被活化为腺苷5一磷酸硫酸酐(APS).APS被APS还原酶还原为亚硫酸盐,电子由GSH产生. 亚硫酸盐进一步被亚硫酸盐还原酶还原成硫化物,而硫化物南被O一乙酰.丝氨酸硫酶结合为氨基酸的骨架——乙酰丝氨酸,进而形成半胱氨酸.乙酰丝氨酸是通过丝氨酸的乙酰化合成的, 乙酰化是通过丝氨酸乙酰转移酶(SAT)催化辅酶A来完成的.半胱氨酸的碳骨架和氮来自丝氨酸.丝氨酸中的氮是氮还原和同化的产物. 植物丝氨酸中的氮同化由GSGOGAT途径完成的.亚硫酸盐可以直接进人硫还原通道,结合成半胱氨酸,而后形成其他硫化物(图1),亚硫酸盐也可以在胞外和胞间通过过氧化物酶氧化为硫酸盐,或者由金属离子或过氧化物基进行非酶系统的催化,而后再进行还原和同化.过量的硫酸盐被转移到叶泡.根质体含有所有硫酸盐还原酶.硫酸盐还原成为硫化物以及而后形成半胱氨酸的反应主要发生在地上部的叶绿体中.2.2大气硫气体的代谢植物的叶片通过气孔吸入s0,并在叶肉非浙江农业第23卷第2期(2011年3月)原质体水中形成Hs0和sO;一.亚硫酸盐可以直接进入硫的还原通道,并被还原为硫化物,结合成半胱氨酸.亚硫酸盐也可以被氧化为硫酸盐,并在细胞内和细胞外被过氧化物酶催化,进而再进行还原和吸收.叶片吸人H,S直接取决于H:S代谢为半胱氨酸和其他硫化物的速率(图2).植物也可以将硫酸盐转化为叶面吸附I生s0, 或H,S作为硫源.2.3谷胱甘肽生物合成酶的调节和分室作用(compartmentation)较高等的植物对生物和非生物的胁迫因子的响应随着谷胱甘肽含量的增加而增强.催化谷胱甘肽生物合成的谷胱甘肽生物合成酶(cD.NAs)有两种,即GSH,(g一谷氨酰半胱氨酸合成酶)和GSH(谷胱甘肽合成酶),它们已经在很多植物种类中被克隆.谷胱甘肽生物合成似乎仅限于原生质体和需要谷胱甘肽来维持氧化还原状态的其他细胞分室作用.细胞分室作用的氧化还原状态对细胞内的谷胱甘肽的运输至关重要.由于谷胱甘肽在原生质体和细胞液之间的交换不是非常迅速,因此二肽g一谷氨酰半胱氨酸很可能是原生质体的中间体.一还原酶个液泡一硫譬盐———▲地上邵_l》审土壤硫酸盐图2植物地上部S0和H2S的代谢以及硫酸盐吸收反馈抑制的可能位置…Fig.2MetabolismofSO2andH2Sinabove—groundpartof plantsandprobablepositionsofsulfateabsorptionfeed一3硫酸盐的吸收和同化通道的调节硫酸盐同化与硝酸盐同化和碳同化是协调进行的.在植物缺乏硝酸盐时,硫酸盐同化降低;缺乏硫酸盐时,植物还原硫酸盐的能力消失.最近的研究显示,5一磷酸硫腺苷还原酶(APR)是硫酸盐同化的关键酶.这种酶是由碳水化合物所控制的.3.1硫化物对硫酸盐同化通道的调节硫酸盐同化通道为植物提供了半胱氨酸,而半胱氨酸是用来合成蛋白质和生物合成蛋氨酸酶和许多次生化合物的还原性硫的来源.植物的硫素状况严格地控制着硫酸盐同化通道引.硫酸盐亏缺会导致植物细胞中硫酸盐吸收及ATPS和APR活性的显着增加.硫酸盐亏缺对硫酸盐吸收和还原酶的影响最为显着.由于外部谷胱甘肽的供给增加了半胱氨酸的积累,因此半胱氨酸或谷胱甘肽控制着硫酸盐的吸收和同化.除了谷胱甘肽,调节硫酸盐同化的另一个有潜力的硫化物是半胱氨酸的前体,即O乙酰丝氨酸(OAS).加入OAS会增加硫酸盐的吸收和APR的活性.OAS在植物硫亏缺时会积累起来,因此可以将它作为植物硫素状况的一个信号.3.2氮对硫酸盐同化通道的调节植物中的硫酸盐和氮同化是互相协调的,一种元素的缺乏会抑制另一种元素的同化途径.同化途径的产物促进了硫酸盐的还原,而养分的缺乏导致了硫酸盐的还原和吸收的降低.缺硫导致N和C同化的抑制和氨基酸的积累.这是由于合成蛋白质的Cys和Met有效度降低所致. 当有较多的氨基酸用于蛋白质的合成时,硫酸盐的同化通量增加.APR活性的增加会引起硫酸盐的同化通量增加,而ATPS和OAS—TL则不产生影响.同样加入氨基酸会增加APR活性.3.3碳代谢与硫代谢的相互作用光可以激发由硫酸盐生成半胱氨酸的过程.葡萄糖能提高置于黑暗中植株的APR活性.蔗糖对APR的影响与葡萄糖相似.Hesse等¨在缺氮条件下比较了单加或合加葡萄糖和OAS对硫酸盐同化的影响,发现同时喂饲葡萄糖和OAS 盂赐福,等.植物体内硫的运输与同化的研究进展对APR活性的提高有加合效应.葡萄糖调节硫酸盐同化与OAS无关,但与硝酸盐有关.植物激素是另一类可以影响硫酸盐同化的碳水化合物.脱落酸(ABA),吲哚乙酸(IAA),赤霉素,茉莉酸等不能诱导绿色荧光蛋白(Green- FluorescentProtein,GFP)表达.茉莉酸参与硫营养的调节.3.4硫酸盐的吸收和同化通道的调节硫同化的最佳化需要C和N通道协调,并使多个过程参与到这个平衡.根对硫酸盐的吸收及其他向地上部的转移是调节硫同化的主要位置¨.性质各异的硫酸盐运转蛋白参与硫酸盐的吸收,运转和亚细胞的分布.大多数硫酸盐运转载体的调节和表达取决于植物的硫素营养状况.硫酸盐供应不足时,根系中的硫酸盐迅速降低,伴随着大多数硫酸盐运转载体基因表达的显着提高(100倍)和硫酸盐吸收能力的极大提高'.3.5硫同化与重金属元素胁迫在植物体内,硫同化与植物对镉等重金属元素的胁迫反应机制有着密切关系..镉胁迫能调节植物对硫酸盐的吸收,转运,同化,以及半胱氨酸,谷胱甘肽(glutathione,GSH)和植物螯合肽(phytochelatins,PC)的合成.植物在镉胁迫下通过多种调节机制,增强对硫酸盐的吸收和还原,迅速合成半胱酸盐的吸收和还原,迅速合成半胱氨酸和谷胱甘肽等代谢物,从而合成足够的PC,以满足植物生理的需要.4今后的研究方向和重点在过去十几近年来,涉及硫吸收和同化的基因和途径的研究取得了长足的进展,并从许多植物中克隆出参与硫代谢的大多数单个基因和蛋白质,但是植物地上部和根系在调节硫同化与吸收和分布的相互作用方面仍然了解研究得很少.今后应加强以下几方面的研究:(1)进一步深入研究S,N和C代鲥的关系并探讨提高硫代谢的途径;(2)有关硫酸盐迁移和同化与整个植株营养的关系;(3)基冈和细胞水平控制硫同化途径的研究;(4)涉及硫同化和含硫化合物酶的深人研究;(5)作物硫迁移和同化的基因型差异研究,选择硫迁移和同化能力强的作物品种,以便最大限度地提高硫的利用效率,从而提高农作物的产量和品质.参考文献:[1]DeKok13,CastroA,DurenkampM,eta1.Sulphurinplant physiology[M].NewY ork:ProceedingsNu500,TheInter- nationalFertiliserSociety,2002:1—26.[2]HawkesfordMJ,DeKok13.Managingsulfurmetabolismin plants[J].Plant,CellandEnvironment,2006,29(3): 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22种园林树木叶片氟含量的分析
22种园林树木叶片氟含量的分析邓小莉;张家洋【摘要】绿化树木叶片是大气污染物的吸收器,对环境有净化作用.通过对新乡市不同功能区的22种绿化树种叶片氟含量进行分析,结果表明:同种绿化树木叶片的氟含量均表现为工业区＞校园区,不同种绿化树木叶片的氟含量具有明显差异,大叶黄杨的氟含量最高.氟含量的大小排序依次为:大叶黄杨＞刺槐＞紫叶李＞女贞＞紫丁香＞国槐＞加拿大杨=构树＞卫矛＞合欢＞臭椿＞广玉兰＞毛泡桐＞红叶石楠＞桃树＞苦楝=旱柳＞夹竹桃＞悬铃木＞垂柳＞红瑞木＞榆树.结论:绿化树木叶片氟含量依功能区和树种不同具有明显差异.【期刊名称】《西南农业学报》【年(卷),期】2015(028)001【总页数】5页(P366-370)【关键词】绿化树种;叶片;氟含量;差异【作者】邓小莉;张家洋【作者单位】新乡学院生命科学与技术系,河南新乡 453003;新乡学院生命科学与技术系,河南新乡 453003【正文语种】中文【中图分类】S718氟是一种淡黄色的有毒气体，腐蚀性很强，是大气中的主要污染物之一，对人体健康有重要影响［1～3］。
植物对于一定浓度范围内的大气污染物，不仅具有一定程度的抵抗力，还具有吸收、降解、同化和积累能力［4～8］。
因此，绿化树种不同器官的污染物含量可以作为城市环境污染程度的指示剂［8～10］，并能对城市污染等级和空气质量评估及生态修复提供依据［11～16］。
鉴于此，选择城市不同区域的22种绿化树种并对其叶片氟含量进行采样调查及分析，所得结果不仅可为城市园林绿化树种的筛选提供科学依据，更能对新乡及华北地区大气环境污染的治理提供参考，对城市的可持续发展具有重要的现实意义。
1.1 绿化树种材料的选择根据污染程度的不同，选择新乡市2个不同的功能区，即工业区（化工路和北站工业区）和校园（新乡学院），于2012年10月25日选取常见的绿化树种22种，其中落叶乔木12种，常绿乔木4种，灌木6种。
绿化树种叶片综合氟含量的测定选择秋季采集的较老叶片（2功能区的均值），因其氟含量相对较稳定。
几种草坪草对SO2的净化效果研究
硫含 量 ， 析 了几 种草坪 草 的对 硫 的吸 收能 力 ， 讨 了 分 探
其对 Ｓ）的净化效 果 。 （！
１ 材 料 和方 法
１ １ 试 验 区概 况 ．
试验 区设 在 贵州 省 福 泉市 马 场 坪镇 ， 于黔 南 州 位
北 部 ， 处 Ｅ １ ７１ ４～ １ ７４ ５， ６３ ８ ～ 地 ０ 。４２ ” ０ 。５ ３” Ｎ ２ 。２２
２ 。２２ ” ７０ ３
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在 Ｉ、Ｉ 地 中 ， ０ ４年 春 季 种 植 生 长情 况较 好 ｌ样 ２０
海拔 ｌ ０ ～ ｌ４ ０ｍ。地 貌类 型 山地 、 ０ ０ ０ 丘
的伏 生臂 型草 （ ｒｈ ａ ｉ ｄ ｃｍｂｎ ）、 俭 草 （ ｒ－ Ｂ ｃ ｉｒａ ｅｕ ｅ ｓ 假 Ｅｅ
？Ｏｈ ｏ ｐ ｉｒ ｉｅ ） 狗 牙 根 （ ｙ ｏ ｏ ａｔ ｌｎ 、 ｎ Ｃ ｌａｏ ｈ ｕ ｏｄ ｓ 、 Ｃ ｎ ｄ ｎｄ ｃｙｏ ） 根
陵 为主 ， 坝地较少 。土壤类 型 以石 灰 土为 主 ， 次为 黄 其 壤 土 。气 候 区划 属 于 亚 热带 季 风气 候 华 中湿 润 地 区 ， 因海拔较 高 ， 度 较 低 ， 纬 地貌 复 杂 ， 而 又 具 有 亚热 带 因 高 原季 风气 候 特 点 。年积 温 ５５ ４ ０ 年 Ｅ照 ７ ～５６ ９ Ｃ， ｌ
染现场测 定结 果报道 ： Ｓ 。 害 阈值 以下 ， 物 叶片 在 Ｏ伤 植
作 者 简 介 ：胡 辉 丽 （ ９ ８） 女 ， 士 ． 程 师 ． 要 研 究 方 １６ 一 ． 学 工 主 向为 矿 山 复 垦 技 术 和 工 矿 污 染 区 植 物 及 草 坪 草 品种 筛 选 和 培 育 。
植物硒代谢积累及相关酶的研究进展
植物硒代谢积累及相关酶的研究进展杜玉潇１，李亚男１，陈大清１，２＊（１．长江大学生命科学学院，湖北荆州４３４０２５；２．武汉大学生命科学学院，武汉４３００７２）摘要：阐述了植物硒代谢的基本途径及其积累的分子机制，详细介绍了几种参与硒代谢的关键性酶的分子生物学特性。
并展望了有关植物硒代谢的发展趋势。
关键词：植物；硒；代谢；ＡＴＰ硫酸化酶；谷光甘肽过氧化物酶；硒代半胱氨酸甲基转移酶；综述中国分类号：Ｑ９４５．１２文献标识码：Ａ文章编号：１００５－３３９５（２００７）０３－０２６９－０８ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＳｅｌｅｎｉｕｍＭｅｔａｂｏｌｉｓｍａｎｄＡｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＫｅｙＥｎｚｙｍｅｓｉｎＰｌａｎｔｓＤＵＹｕ－ｘｉａｏ１，ＬＩＹａ－ｎａｎ１，ＣＨＥＮＤａ－ｑｉｎｇ１，２＊（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ，ＹａｎｇｔｚｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｇｚｈｏｕ４３４０２５，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｌｅｎｉｕｍｍｅｔａｂｏｌｉｃｆａｔｅａｎｄａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｍｏｌｅｃｕｌａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍａｒｅｂｒｉｅｆｌｙｒｅｖｉｅｗｅｄｉｎｐｌａｎｔｓ．Ｋｅｙｅｎｚｙｍｅｓｉｎｖｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｐａｔｈｗａｙａｒｅｄｉｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｒｅｎｄｓｉｎｓｅｌｅｎｉｕｍｍｅｔａｂｏｌｉｓｍｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｌａｎｔ；Ｓｅ；Ｍｅｔａｂｌｉｓｍ；ＡＴＰｓｕｌｆｕｒｙｌａｓｅ；Ｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ；Ｓｅｌｅｎｏｃｙｓｔｅｉｎｅｍｅｔｈｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ；Ｒｅｖｉｅｗ微量元素硒（Ｓｅ）不仅是人、动物和微生物的必需营养元素，也是植物生长发育的有益元素。
植物中的硒含量在几个μｇｋｇ－１到几千ｍｇｋｇ－１，因植物种类而异。
植物对土壤中重金属的吸收效应研究
植物对土壤中重金属的吸收效应研究在世界范围内，重金属污染已引起社会各界的广泛关注，其防治和修复技术越来越成为实验研究的焦点。
镉污染是最常见的重金属污染之一，在土壤中具有较强的化学活性，与其他重金属相比，更易被植物吸收，存留在植物的可食用部分，并通过食物链富集在人体中，从而危害人体健康。
1955—1972 年，日本富山县的骨痛病就是镉中毒的很好例证，给人们敲响了重金属镉污染的警钟。
据报道，我国受镉污染的农田面积已达20000 hm2，并有逐渐恶化的趋势；另外，土壤重金属镉污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，这将对农作物生长构成威胁，严重影响我国粮食产量。
植物修复是一种成本低、适应性广、无二次污染的修复重金属污染土地的方法。
然而，目前传统的植物修复方法效率低下。
为了更好地控制土壤重金属污染，恢复生态环境，保障农业可持续发展和人类健康生存，我们迫切需要开发一种高效创新的植物修复方法。
因此，本文研究了植物抗镉的机理和分子机制，为利用植物基因工程技术创造高效的植物修复体奠定基础。
植物受镉的毒害植物镉中毒时，一般情况是细胞和整株植物的生长发育受到强烈抑制，线粒体和叶绿体受到极大破坏，呼吸作用和光合作用受到影响。
叶片变黄，植株生物量减少，干重减少；保卫细胞中水和离子的迁移受到很大影响，导致整个植株缺水萎蔫。
同时，植物细胞膜的通透性增加，体内游离脯氨酸的积累增加，严重时植物死亡。
镉主要影响植物的后续生理代谢。
1.抑制细胞生长和分裂。
镉胁迫抑制细胞分裂和植物生长发育。
实验表明，镉对生长素载体的影响与抑制细胞伸长生长有关。
刘东华在研究镉对洋葱根尖细胞分裂和生长的影响时，发现它通过影响钙调素参与纺锤体微管的组装和拆卸来抑制细胞分裂。
2.抑制植物光合作用。
植物吸收重金属镉后，体内叶绿素合成受抑制，最终导致光合作用受制。
用镉处理处于分蘖期的水稻植株，发现水稻叶片中叶绿素含量明显降低，而且叶绿素a 比叶绿素b 降低得少。
硫在农作物上的作用
硫在农作物上的作用引言：硫是一种重要的营养元素，在农作物生长发育过程中起着重要的作用。
本文将从硫的吸收与转运、硫的功能以及硫对农作物的影响等方面进行阐述。
一、硫的吸收与转运农作物通过根系吸收土壤中的硫元素，其中硫酸根离子（SO42-）是植物吸收的主要形式。
硫在土壤中以无机硫形式（硫酸盐、硫化物）或有机硫形式（蛋白质、氨基酸等）存在。
植物通过根系吸收硫酸根离子，经过根系的活动转运到植物体内。
硫的转运主要依靠硫运输蛋白（Sultr）家族，这些蛋白在植物细胞膜上调节硫的吸收和转运过程。
二、硫的功能硫在农作物中具有多种功能。
首先，硫是合成蛋白质的重要组成部分，是植物体内含量第三高的元素，蛋白质中大约有1-5%的硫。
硫元素参与到植物体内的多种蛋白质合成过程中，包括酶、结构蛋白和调节蛋白等。
其次，硫还参与到植物体内的许多生物活性物质的合成，如辅酶A、硫辅酶、甲硫氨酸等。
此外，硫还参与到植物体内的抗氧化物质的合成，起到了抗氧化的作用。
三、硫对农作物的影响硫是农作物生长发育过程中不可或缺的营养元素。
硫的缺乏会对农作物的生长和产量产生负面影响。
首先，硫缺乏会导致农作物的生长迟缓、叶片黄化和叶片发红等症状。
这是因为硫是叶绿素合成的重要组成部分，硫缺乏会导致叶绿素合成不足，进而影响光合作用的进行。
其次，硫缺乏还会降低农作物的抗病性。
硫是植物体内合成抗病物质的重要原料，硫缺乏会导致植物体内抗病物质合成减少，从而增加了农作物受病害侵袭的风险。
此外，硫还对农作物的品质产生影响，硫元素可以提高作物的营养价值和食味品质。
结论：硫是农作物生长发育过程中不可或缺的营养元素，对植物的生理功能和农作物的产量和品质都有重要影响。
合理施用硫肥、提高土壤中硫的有效性以及科学管理农田，可以保障农作物对硫的需求，提高农作物的产量和品质。
同时，也需要进一步开展硫在农作物中的吸收机制和功能研究，为农作物的高效养分利用和农业可持续发展提供科学依据。
硫在农作物上的作用
硫在农作物上的作用
硫在农作物上扮演着非常重要的角色。
它可以被用于改善土壤结构、提高植物产量和增强植物的抗病能力。
以下是关于硫在农作物上作用的详细介绍。
硫可以改善土壤结构。
硫是一种良好的有机肥料，它含有丰富的矿物质和微量元素，可以被土壤中的微生物分解，产生大量的有机物质，从而增加土壤的有机质含量。
这有助于改善土壤的结构，增加土壤孔隙度，提高土壤的保水保肥能力。
此外，硫还可以改善土壤的酸碱度，使其更加适宜植物的生长。
硫可以提高植物产量。
硫元素可以被植物吸收并参与植物的生长发育过程。
它能够刺激植物的生长，促进植物根系的发育，增加植物的养分吸收能力，从而提高植物的产量。
硫元素还可以帮助植物抵抗病菌和真菌的侵害，减少植物因病虫害而导致的减产。
硫可以增强植物的抗病能力。
硫元素可以增强植物的抗氧化能力，提高植物的免疫力，从而增强植物抵抗病菌和真菌的能力。
这有助于减少植物因病虫害而导致的减产，提高植物的产量。
总之，硫在农作物上扮演着非常重要的角色。
它可以通过改善土壤结构、提高植物产量和增强植物的抗病能力，为农作物提供更好的生长环境，从而增加农作物的产量和质量。
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信阳师范学院学报(自然科学版)Jour nal o f Xinyang N or mal U niver sity 第17卷 第1期 2004年1月(N at ur al Science Edition)V ol.17N o.1Jan.2004・基础理论研究・植物对氟和硫的积累及其评价功能研究杨雪梅1,许亚洲2(1.焦作工学院,河南焦作454000; 2.巩义市环保局,河南巩义451200)摘 要:植物对于一定范围的大气污染物,不仅具有一定的抵抗力,而且具有相当程度的吸收有害气体的能力.本文对焦作市主要街道两侧绿色植物体内的氟化物和硫化物进行了测定.结果表明,绿色植物对大气中的污染物有很强的吸收和富集作用,秋季叶片中硫和氟污染物的含量高于春季,且与污染强度相吻合.研究污染物在植物体内的积累是监测和评价大气污染的十分有效的方法.关键词:大气污染;植物监测;硫化物;氟化物;大气质量评价中图分类号:X8 文献标识码:A 文章编号:1003-0972(2004)01-0061-03 焦作市是一个能源工业及化工基地,随着经济发展和都市化步伐加快,大气污染现象十分严重.由于大量燃煤导致二氧化硫污染十分严重,氟化物也是当前污染大气的主要有害气体之一,常对人体和植物造成严重危害.许多植物,特别是绿色树木对空气中的氟化物和硫化物具有一定的吸收、积累能力,其积累量常与大气中的含量正相关[1].因此利用绿色植物吸收空气中的污染物,充分发挥绿色植物净化污染的作用,在城市有限的空间中,科学配置抗污染性能强的植物种类,十分重要[2].本文选取焦作市主要街道两侧树木叶片中的硫化物和氟化物进行了监测,得出了叶片含氟量和含硫量随季节的变化规律.旨在为城市开展抗污绿化,生物净化,环境的生物监测与评价提供科学依据[3].1 材料与方法1.1 样品的采集与处理监测硫化物的采样点分别选自解放路和民主路上的百货大楼、东方红广场、环保局、化工二厂、火车站、化工三厂;监测氟化物的采样点分别是青年路、百货大楼、万方铝厂、火车站、化工三厂;对照点选在污染较轻的人民公园和月季公园.在采样点周围100m范围内选3～5株树,每株树按方位采集叶片约500g,拿回实验室用自来水冲洗2～3次,再用蒸馏水冲洗2次,晾干后放入60～80℃烘箱中烘5～8h至恒重,将烘干样品研磨粉碎(叶柄及粗大的叶脉在研磨前应预先剔除),过60目筛.粉碎后的样品装入乙烯瓶中备用.1.2 测定方法1.2.1 氟化物测定方法采用氟离子选择电极法测定氟化物[4].本法先以0.05mol/L HNO3浸提样品中的氟化物,再加入0.1mo l/L KOH继续浸提.以柠檬酸钠作总离子强度缓冲调节剂,用氟离子选择电极在pH值5～6条件下直接进行测定,由标准曲线查得对应的氟化物的浓度.1.2.2 硫化物测定方法本法是硝酸—高氯酸消化—硫酸钡比浊法[4].样品先经硝酸—高氯酸消解,消化过程结束后,样品中亚硫酸盐、有机硫等硫化物被氧化转化为硫酸盐,硫酸盐与氯化钡溶液反应生成白色细微硫酸钡沉淀,使溶液混浊.其混浊程度与水样中硫酸钡含量成正比,从而进行浊度测量.所需仪器:电热板, 721型分光光度计,25mL具塞比色管.2 结果和评价2.1 测定结果硫化物的测定结果见表1,氟化物的测定结果见表2.测量结果表明,不同季节叶片硫化物和氟化物的差异很大,春季叶片含氟化物和硫化物较 收稿日期:2003-09-12 基金项目:河南省高校青年骨干教师资助项目 作者简介:杨雪梅(1977-),女,河南周口人,硕士研究生,研究方向是环境生态与环境地质.61低,秋季含量相对较高.其主要原因:(1)植物叶片从大气中吸收的污染物主要在叶片内积累,其体内的污染物含量与暴露时间成正相关[2].在空气中存活时间越长,植物体内积累的硫化物和氟化物越多.(2)植物叶片中污染物的含量与监测空气中污染物的浓度也成正相关,空气中该污染物浓度越大,植物叶片中积累该污染物的量也越多.(3)据有关资料[5],植物对污染物的敏感性因季节而变化.初春(4月底),树木的叶片刚刚展开,活跃的生理活动刚刚起步,因此对氟化物和硫化物吸收较少,而秋叶较高的污染物含量是由一个生长季节吸收积累而致.表1 国槐树不同季节叶片含硫量Tab.1Sulf ide contents in the leaves ofSo p hora j a p onica in dif ferent season 编号监测点 叶片含硫量(mg/g干重)春季秋季1 百货楼 2.123 4.8052 东方红广场 2.071 4.3523 环保局 1.700 4.2004 化工二厂 2.113 4.2535 火车站 2.250 4.7586 化工三厂 2.301 5.127 龙源湖 1.282 2.651表2 梧桐树不同季节叶片含氟量Tab.2Fluoride contents in the leaves ofphoenix tree in diff erent season编号监测点叶片含硫量(mg/g干重)春季秋季1 火车站13922 化工三厂141053 百货楼12904 青年路7.5805 万方铝厂24128 龙源湖 5.536.52.2 污染分级分析不同采样点叶片含硫量和含氟量,结果表明,不同地点叶片含硫量和含氟量有很大差异,车流量大以及工厂附近的地区叶片含量就高,而且由市区向郊区有逐渐递减的趋势.此外,在化工三厂附近,绿化情况较差,而且长期受硫化物和氟化物等污染物质的影响,许多植物长势不好,降低了植物对污染物的净化能力.根据污染区和对照区叶片硫化物和氟化物的含量,我们采用污染指数法对大气污染程度进行分级,并绘出了春季和秋季各监测点硫化物和氟化物的污染分级图(见图1、图2).I cp=C m/C k式中,I cp为各采样点的含污量指数;C m为监测点的样品含污量;C k为对照点的植物样品含污量.I清洁区:I cp<1.5;II轻污染区:I cp为1.51～2.7;III中污染区:I cp为2.71～4.0;IV重污染区:I cp>4.0.图1 春季和秋季硫化物的污染分级图Fig.1Pollution grade chart of sulfidein spring andautumn图2 春季和秋季氟化物的污染分级图Fig.2Pollution grade chart of f luoridein spring and autumn3 讨论(1)叶片中污染物含量随季节有明显的差异,充分反映了植物具有吸收和富集污染物的能力,这为利用植物监测大气污染情况提供了依据.生物监测虽不像理化监测那样能精确地测出各种污染物浓度,但它不受仪器限制,而且普及面广,可直接反映出大气污染对生态系统的影响强度,综合评价大气环境质量.(2)污染较为严重的地区叶片中污染物含量明显高于对照区,这与大气监测结果相符合,这一结果验证了生物监测的可行性.硫化物主要是由于大62 第17卷 第1期信阳师范学院学报(自然科学版)2004年1月量燃煤造成的,焦作市是典型的煤烟型污染,二氧化硫污染十分严重,因此硫化物含量相对比较高.氟化物主要产生于铝冶炼工业排放的废气中以及大量开采和使用冰晶石、含氟磷矿和莹石,同时各地绿化情况的差异以及所选树种的不同都会影响植物对污染物的净化能力.因此,要减轻城市的大气污染,一方面应采取措施减少污染物的排放,另一方面要选取抗污染性强以及适合当地生长,且具有一定观赏价值的植物作为城市的绿化树种.(3)铝冶炼属于污染严重的行业,在铝冶炼生产过程中排放大量的污染物,其中含氟废气为主要污染物.电解铝生产过程中排放的含氟废气中,氟化物有两种形态.一种以固态(尘氟)出现,主要是氟化盐等.一种以气态氟出现,主要为HF,其次是SiF4.SiF4在空气中极易水解生成HF:SiF4+2H2O=4HF+SiO2无论是气氟还是尘氟,植物叶片都能直接吸收.因此铝厂排放的废气不仅对周围的树木有一定的危害,而且对附近的农作物也会造成一定的伤害.参考文献:[1] 曾广权,余叔文.大气氟化物对植物生态效应的研究[J].中国环境科学报,1990,10(4):263.[2] 陈自新,鲁 敏,李英杰.北京市园林绿化生态效益研究[J].中国园林,1998,14(2):51-54.[3] 薛皎亮,谢映平,李景平.太原市空气中硫污染物在植物体内积累的研究[J].城市环境与城市生态,2001,14(1):47-49.[4] 中国林业科学研究院分析中心编.现代实用仪器分析方法[M].北京:中国林业出版社,1994.113-115.[5] 郁梦得.植物叶片中氟、硫含量与叶龄和季节关系的初步分析[J].环境科学,1980,(2):28.Accumulation of fluoride and sulfide pollutant in the plant and theirapplication in the air quality assessmentYANG Xue-mei1,XU Ya-zhou2(1.Jiao zuo Institute o f T echno log y,Jia ozuo454000,China;2.Enviro nmental P ro tectio n A g ency of G ongy i Cit y,Gong yi451200,China)Abstract:Plants not only have certain r esistance but also hav e co nsiderable absorption har mful gases to certain rang e air pollutants.T he fluoride and sulfide in the body of g reen trees hav e been detected.The specimen w er e collected from the m ain streets of Jiaozuo city.T he result show s that green tree is a supe-rior of antipollutant tree w hich has strong absorption and accumulatio n of pollutant in the polluted air. Po llutant content in the leaves in autuam is hig her than in spring and its v ar iety of co ntent in its leaves is po sitively related to pollutio n intensity.The inv estig atio n o f accumulatio n of pollutant in the bo dy of gr een trees is a g ood means for super vising and ev aluating the air pollution.Key words:air po llution;plant monito r;sulfide;floride;air quality assessm ent责任编校:张建合63杨雪梅,等:植物对氟和硫的积累及其评价功能研究。