镉、铅排异大白菜品种的筛选和鉴定及安全生产调控技术

随着工农业的快速发展，土壤重金属尤其Cd和Pb污染日益严重。筛选和培育具有重金属低积累特性的农作物排异品种被认为是当前应对土壤重金属污染最为合理和有效的途径之一。本文通过盆栽试验、大田试验和砂培试验，研究了大白菜品种对Cd和Pb的吸收和积累的品种差异、对Cd、Pb胁迫的响应以及大白菜安全生产的调控技术，得出以下结论： 1) 盆栽梯度试验中，80种大白菜地上部对Cd的吸收存在显著差异(p < 0.05)。在3种Cd处理下(1.0, 2.5和5.0 mg/kg)，80种大白菜Cd含量浓度范围分别为(mg/kg) 0.22–2.46, 0.90–14.10和2.03–18.01, 其平均值分别为 0.79, 3.76 和6.79 mg/kg DW。大白菜对Cd胁迫具有较强的耐性。大田试验中，15种大白菜的富集系数和转运系数与盆栽梯度试验的结果基本一致。排异植物的筛选和鉴定标准包括：(1)该植物的地上部和根部的Cd含量都很低或者可食部位低于有关标准；(2) 富集系数(BF) < 1.0；(3) 转运系数(TF) < 1.0；(4)该植物具有较高的Cd耐性，在较高的Cd污染下能够正常生长且生物量无显著下降。采用此标准，结合盆栽梯度试验和大田试验结果，北京新3号、绿星70和丰源新3号可鉴定为Cd排异品种。秋傲和赛新5号具有排异Cd特性，但其对Cd的耐性较差。 2) 盆栽梯度试验中，在Pb投加浓度为500和1500 mg/kg处理下，30种大白菜地上部对Pb的吸收存在显著差异 (p < 0.05)，其Pb浓度的范围分别为：0.52–8.68 和1.86–16.20 mg/kg, 其平均值分别为3.01 和6.87 mg/kg DW。并且，随着Pb浓度的增加，白菜地上部Pb含量有随之增加的趋势。大白菜对Pb具有较强的耐性。低浓度的Pb处理对大白菜的生物具有一定的促进作用。结合盆栽试验和大田试验的结果，秋傲、世博秋抗和福星80可鉴定为Pb排异大白菜品种。 3) 砂培试验中，在Cd和Pb胁迫下，大白菜地上部的丙二醛(MDA)含量增加，随着Cd处理浓度的增加，超氧化物歧化酶(SOD)活性呈现先下降后上升接着下降的趋势，酸菜王的SOD活性要高于北京新3号SOD的活性。随着Pb处理浓度的增加，福星80地上部的SOD活性随之增加，而绿星大棵菜地上部的SOD活性先下降后增加。在不同梯度的Cd处理下，大白菜地上部的可溶性蛋白(SP)含量未见显著降低，甚至有所增加，而在不同梯度的Pb处理下，大白菜地上部的SP含量有所降低。 4) 施用改良剂可升高土壤的pH值和降低土壤中的有效态Cd，从而对大白菜的生长具有促进作用。施用改良剂可显著降低大白菜对Cd和Pb的吸收和累积。

沙棘(Hippophae rhamnoides L.)在低温和增强UV-B胁迫下的生态生理反应

植物生长和生产力受到自然界各种形式的生物和非生物胁迫因子的影响。这些胁迫包括低温、高温、盐碱、干旱、洪水、重金属、虫害、病害和紫外线辐射等等。而人类活动大大加剧了这些胁迫所带来的影响。由于人类污染而导致臭氧层衰减以及由此产生的地球表面紫外辐射增强已经成为全球气候变化的一个主要方面。UV-B胁迫，甚至当前的辐射水平，所带来的影响已经引起科学工作者的广泛关注。 为了生存和繁殖，植物不得不面临环境中各种潜在胁迫所带来的负面影响。然而，植物生活型的不可移动性决定了其逃避胁迫的局限性。因此，绝大多数植物都是通过对胁迫作出反应，通过修复或者更新组织来降低伤害。而植物应对环境变化的能力则是由其生长模式的种属特异性和本身的遗传组成所决定。在自然界，植物常常同时面临多种胁迫，这些胁迫所引发的植物反应可能具有叠加、协同或者拮抗作用。沙棘是一种具刺、具有固氮功能的多年生雌雄异株灌木，广泛分布于亚欧大陆的温带地区和亚洲亚热带的高海拔地区。在中国，沙棘常常被用作植被恢复中的先锋树种而大量栽培。本文采用沙棘作为模式植物，试图探索木本植物对低温，UV-B辐射增强以及其与干旱的复合胁迫的响应以及沙棘对这些胁迫响应是否具有种群差异性。 对来自南北两个种群的沙棘进行短日照和低温处理，检测了其在抗寒锻炼和抗寒性发育过程中存在的性别差异。结果表明，短日照和低温都分别能够诱导抗寒锻炼的发生，而两者同时存在对所有实验植株抗寒性的大小具有叠加效应。然而，短日照和低温所诱导的抗寒性在两个种群中都具有性别差异性，雄性植株比雌雄植株对短日照和低温更为敏感。同时，南北种群间也存在差异性，北方种群的植物比南方种群的植物对短日照和低温敏感，从而在短日照下抗寒锻炼的发生时间更早，低温诱导的抗寒性更大。短日照和低温诱导植物增加抗寒性的同时伴随着脱落酸的变化。脱落酸的变化因处理，种群和性别的不同而不同。这些生理反应表明不同的沙棘种群，不同的植株性别对同一环境胁迫可能存在不同的生存策略。 比较了来自高低两个海拔的沙棘种群对于干旱和UV-B辐射增强以及两者复合胁迫条件下的生理生态反应。干旱使两个种群中植株总的生物量，总叶面积，比叶面积，叶片含碳量，含磷量，木质素含量和碳氮比显著降低，使根冠比，粗根细根比和叶片脱落酸含量显著增加。干旱而非UV-B使得δ13C 值显著增加。但是，比较而言，来自高海拔的种群对干旱反应更为强烈，而来自低海拔的种群对UV-B更敏感。在UV-B辐射增强的处理下，干旱所诱导的脱落酸的积累被显著抑制。而且我们检测到在一些指标上存在显著的干旱×UV-B交互作用，如两个种群中在总生物量上，低海拔种群中在总叶面积，粗根细根比上，高海拔种群中在比叶面积，δ13C值，木质素含量上都存在明显的交互作用。这些结果表明这两个种群对胁迫具有不同的适应性反应，来自高海拔的种群比来自低海拔的种群更能够抵御干旱和UV-B胁迫。 室外实验表明，UV-B 去除/增补对沙棘高低两个海拔种群的影响都不大。对生物量的积累，植株高度以及一些常见的胁迫反应生理指标比如丙二醛、ABA 和游离脯氨酸都没有显著影响。UV-B 的效应比UV-A 大，植物反应在无UV 和仅有UV-A 的处理间没有什么区别。然而，UV-B 去除的两个处理和UV-B 存在的两个处理间存在显著区别。UV-B 使得两个种群都显著降低了比叶面积(SLA)，但却使长期用水效率增加。但UV-B对光合色素和光合系统II 的影响不大。总体看来，来自低海拔的种群对UV-B 更为敏感。 Plant is adversely affected by various abiotic and biotic stress factors. These stressors includelow temperature, heat, salt, drought, flooding, heavy metal toxicity, wounding by herbivores,infecting by pathogenic microorganisms, ultraviolet (UV) radiation and so on. Variousanthropogenic activities have accentuated the existing stress factors. One of the mostimportant aspects of global change is that of stratospheric ozone depletion caused by seriousanthropogenic pollution and the resulting increase in UV radiation reaching the surface of theEarth. Scientists have become concerned about the effects that considerable UV-B stress, evenat current levels. In order to survive and reproduce, plants have to be able to cope with lots of potentiallyharmful stress factors that are almost constantly present in their environment. Most plants’responses under stress are to neutralize the stress, repairing the damage or regrowing newtissue rather than to avoid it due to their sessile life style. The plant defense capacity dependson plant-specific modular growth patterns and genetic make-up that allows for flexibleresponses to changing environments. Plants usually encounter several stresses simultaneouslyunder field conditions, and the stresses may cause a variety of plant responses, which can beadditive, synergistic or antagonistic. Sea buckthorn (Hippophae rhamnoides L.), a thorny nitrogen fixing deciduously perennialshrub, which is widely distributed throughout the temperate zones of Asia and Europe and thesubtropical zones of Asia at high altitudes. It has been widely used in forest restoration as thepioneer species in China. In this paper, we used sea buckthorn as a model, tried to get some understand of how plants fight low temperature, enhanced UV-B radiation level and thatcombination of drought. And also, want to know whether does there exist some populationspecific responses to such stressors. Sexual differences in cold acclimation and freezing tolerance development of two contrastingsea buckthorn (Hippophae rhamnoides L.) ecotypes from northern and southern regions inChina were recorded after exposure to short day photoperiod (SD) and low temperature (LT).The results demonstrated that cold acclimation could be triggered by exposing the plants toSD or LT alone, and that a combination of both treatments had an additive effect on freezingtolerance in all plants tested. However, development of freezing tolerance was dependent onthe sex of plants under SD and LT, the males were clearly more responsive to SD and LT thanthe females in both ecotypes studied. On the other hand, development of freezing tolerancewas also ecotype-dependent, the northern ecotype was more responsive to SD and LT than thesouthern ecotype, resulting in earlier cold acclimation under SD and higher freezing toleranceunder LT. Moreover, development of freezing tolerance induced by SD and LT wasaccompanied by changes in ABA levels. These alterations in ABA levels were different indifferent treatments, ecotypes and sexes. Therefore, the differences in SD and LT-inducedphysiological responses showed that the different ecotypes and the different sexes mightemploy different survival strategies under environmental stress. Two contrasting populations from the low and high altitudinal regions were employed toinvestigate the effects of drought, UV-B and their combination on sea buckthorn. Droughtsignificantly decreased total biomass, total leaf area, specific leaf area，leaf carbon (C),phophous (P), lignin content and the ratio of C: N in both populations, and increasedroot/shoot ratio, fine root/coarse root ratio and abscisic acid content (ABA), in bothpopulations. Drought but not UV-B resulted in significantly greater carbon isotopecomposition (δ13C) values in both populations. However, the high altitudinal population wasmore responsive to drought than the low altitudinal population. The drought-inducedenhancement of ABA in the high altitudinal population was significantly suppressed in thecombination of drought and elevated UV-B. Moreover, significant drought × UV-B interactionwas detected on total biomass in both populations, total leaf area and fine root/coarse root inthe low altitudinal population, specific leaf area, δ13C value and leaf lignin content in the high altitudinal population. These results demonstrated that there were different adaptive responsesbetween two contrasting populations, the high altitudinal population exhibited highertolerance to drought and UV-B than the low altitudinal population. A field experiment was conducted to investigate effects of UV-B exclusion/supplementationon two altitudinal populations of sea buckthorn. UV-B exclusion or supplementation had littleeffects on both populations investigated. For instance, the total biomass, plant height andsome physiological index such as Malondialdehyde (MDA), ABA and free proline were notchanged significantly. The UV-B effects are more significant than that of UV-A, nodifferences were found between treatments of excluded UV and excluded UV-B. However,compared with treatments of UV-B exclusion (including absent of UV-B and all UV band),the present of UV-B (including near ambient environment and enhanced UV-B) significantdecreased specific leaf area, and increased long time water use efficiency as evaluated by δ13Cvalue. UV-B had little effects on photosynthetic pigments and Photosystem II (PSII). The lowaltitude population is more sensitive to UV-B than that of the high altitude population.

Distribution and their pollution assessment of heavy metals in the sediments of the Yalu River Estuary and its adjacent coastal waters

The present paper deals with the distribution patterns of heavy metals and the associated influencing factors in the Yalu River Estuary and its adjacent coastal waters. Based upon the analysis of the surficial and core sediments measurements, the pollution of heavy metal and potential ecological risk were evaluated. The burial flux and contents of heavy metals (except for copper) have been continuously increasing since the 1920s. Therefore, the gross potential ecological risk for the sediments was high or very high, and the study area was endangered by heavy metals contamination. Heavy metals originated mainly from upstream pollutant input, correlation analysis showed that chromium, nickel, zinc, cadmium, lead, arsenic, and mercury in the sediments of the middle and west channels as well as the sea area of the western Yalu River Estuary concentrations were most probably derived from similar sources. In contrast, the metal of copper most probably originated from sources different from the other metals. Preliminary studies indicate that copper contamination was most likely the result of emission from mining activities situated at the upstream of the river. The contents of heavy metals in the sediments of estuarine turbidity maximum zone of Yalu River were larger than those of any other areas in the middle channel. With large portion of fine sediments, weaker hydrodynamics, and richer sources of heavy metals, the sediments of the west channel, were even more enriched with heavy metals than those of the middle channel.

Investigation of heavy metals in sediments and Manila clams Ruditapes philippinarum from Jiaozhou Bay, China

Manila clams (Ruditapes philippinarum) and sediments were collected bimonthly during 2007 at five locations in Jiaozhou Bay near Qingdao, China, to determine heavy metal concentrations and to assess the validation of R. philippinarum as a metal biomonitor. Concentrations of heavy metals in clam soft tissues ranged between 0.75 and 3.31, 0.89 and 15.20, 5.70 and 26.03, 52.12 and 110.33, 10.30 and 72.34, 9.64 and 28.60, and 3.15 and 52.75 mu g g (-aEuro parts per thousand 1) dry weight for Cd, Pb, Cu, Zn, Mn, Cr, and Ni, respectively. Most of the highest values occurred at the northeast bay and the lowest values occurred at the western part. Regarding seasonal variation, relatively high tissue metal concentrations were observed during October or December. A similar pattern was also found in habitat sediments. There was a strong correlation between the concentrations of Cd, Pb, Zn, Mn, Cr, and Ni in soft tissues and surrounding sediments. It is indicated that R. philippinarum could be used as a biomonitor for heavy metal contamination in Jiaozhou Bay.

Assessment of metal contamination in surface sediments of Jiaozhou Bay, Qingdao, China

An assessment of metal contamination in surface sediments of the Jiaozhou Bay, Qingdao, one of the rapidly developing coastal economic zones in China, is provided. Sediments were collected from 10 stations and a total of 15 heavy metals were analyzed. Concentrations of metals show significant variability and range from 210 to 620 ppm for Ti, 2.7 to 23 ppm for Ni, 4.2 to 28 ppm for Cu, 5.2 to 18 ppm for Pb, 12 to 58 ppm for Zn, 0.03 to 0.11 ppm for Cd, 5 to 51 ppm for Cr, 1.5 to 9.9 ppm for Co, 5.3 to 19 ppm for As, 12 to 32 ppm for Se, and 19 to 97 ppm for Sr. Based on concentration relationships and enrichment factor (EF) analyses, the results indicate that sediment grain size and organic matter played important roles in controlling the distribution of the heavy metals in surface sediments of the Jiaozhou Bay. The study shows that the sediment of the Jiaozhou Bay has been contaminated by heavy metals to various degrees, with prominent arsenic contributing the most to the contamination. The analysis suggests that the major sources of metal contamination in the Jiaozhou Bay are land-based anthropogenic ones, such as discharge of industrial waste water and municipal sewage and run-off. Notably, the elevated heavy metal concentrations of the Jiaozhou Bay sediments could have a significant impact on the bay's ecosystem. With the rapid economic development and urbanization around the Jiaozhou Bay, coastal management and pollution control should focus on these contaminant sources, as well as provide ongoing monitoring studies of heavy metal contamination within the bay.

Frequency upconversion properties of Er3+/Yb3+-codoped lead-germanium-bismuth oxide glasses

The frequency upconversion properties of Er3+/Yb3+-codoped heavy metal oxide lead-germanium-bismuth oxide glasses under 975 mn excitation are investigated. Intense green and red emission bands centered at 536, 556 and 672 run, corresponding to the H-2(1/2) --> I-4(15/2), S-4(3/2) --> I-4(15/2) and F-4(9/2) -->I-4(15/2) transitions of Er3+, respectively, were simultaneously observed at room temperature. The influences of PbO on upconversion intensity for the green (536 and 556 nm) and red (672 nm) emissions were compared and discussed. The optimized rare earth doping ratio of Er3+ and Yb3+, is 1:5 for these glasses, which results in the stronger upconversion fluorescence intensities. The dependence of intensities of upconversion emission on excitation power and possible upconversion mechanisms were evaluated and analyzed. The structure of glass has been investigated by means of infrared (IR) spectral analysis. The results indicate that the Er3+/Yb3+-codoped heavy metal oxide lead-germanium-bismuth oxide glasses may be a potential materials for developing upconversion fiber optic devices. (C) 2006 Published by Elsevier Ltd.

稀土掺杂氧卤玻璃光谱性质研究(英文)

本研究主要目的在于探索适用于宽带光纤放大器和蓝绿光激光器用稀土掺杂基质玻璃材料．通过对掺Er^3＋重金属氧氟玻璃的光谱性质和析晶稳定性研究以及稀土离子掺杂重金属氧卤玻璃的上转换发光研究，为其在宽带掺Er^3＋光纤放大器和蓝绿光波段激光器中的潜在应用提供基础．研究结果表明：重金属PbF2的加入提高了掺Er^3＋硅酸盐玻璃和锗酸盐玻璃的带宽特性和增益性能；首次在Er^3＋／Yb^3＋共掺和Er^3＋单掺硅酸盐玻璃发现上转换蓝光；重金属氟化铅的加入提高了Er^3＋单掺锗酸盐和碲酸盐玻璃的上转换发光；在室温下同时

重金属胁迫相关基因PvSR2在大肠杆菌中表达和转化烟草

近年来植物重金属的耐性机制研究及抗重金属基因工程取得了很大进展。本文将来自于菜豆(Phaseolus vulgaris)的特异性重金属胁迫相关基因PvSR2 (Phaseolus vulgaris stress-related protein, PvSR)的cDNA序列克隆到大肠杆菌高效表达载体pBV221的PR PL启动子的下游，构建了原核表达载体pBV221-PvSR2。通过温度诱导，在大肠杆菌中成功地高效表达了PvSR2基因。经重金属(CdCl2)抗性检测，实验组比对照组有明显的抗性。 同时，将该基因克隆到植物转达化中间载体pCAMBEIA2301的花椰菜花椰病毒的35S启动子下游，利用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)Ti质粒介导的遗传转化系统，成功地将该基因导入了烟草的基因组，获得了转基因植株。

大蒜中植物络合素合酶基因的克隆及功能分析

随着现代工业的发展，重金属污染已经成为一个非常严重的问题。 传统的重金属治理方法花费较高并且过程非常繁琐。植物修复技术是一种经济并且有效的利用植物进行环境污染治理的新方法。植物络合素是一类植物体内络合重金属离子的多肽，它已经发现于多种植物与微生物中。植物络合素合酶是催化GSH合成 植物络合素的关键酶。因此揭示植物络合素合酶的分子机理对于了解植物对重金属抗性的机制又很重要的意义。迄今为止，关于植物络合素合酶基因的研究主要集中在两种非重金属的植物中：拟南芥与小麦。许多关于该基因结构与功能的问题依然很不清楚。大蒜是一种能够抗很高浓度重金属的植物。在本研究中，我们利用大蒜这种重金属抗性植物对以下问题做了较为系统的研究： 1. 测量了大蒜在重金属胁迫下的生理表现，并得出大蒜是一种具有重金属抗性的植物; 2. 我们从大蒜中克隆出一个新的植物络合素合酶基因。该基因全长1868bp，包含一个 506个氨基酸的开放读码框并编码一个55.8KD的蛋白。该基因转译的氨基酸序列与其他十二种物种的植物络合素合酶氨基酸序列具有很高的同源性; 3. 酵母功能互补试验证明表达AsPCS的酵母可以比对照耐受更高浓度的镉与砷。这表明AsPCS的转译产物在酵母与植物的重金属的耐受过程中起很重要的作用; 4. RT-PCR的结果表明，经过重金属Cd2＋的胁迫，AsPCS在根中与茎中的表达量都有提高，这说明AsPCS的调控是发生在转录水平上的。另外通过比较该基因在相同处理条件下根中与茎中的表达量，我们发现AsPCS在根中的表达量远高于茎中; 5. 原位杂交显示AsPCS主要表达于根的表皮、顶端分生组织、韧皮部，并且当重金属压力提高后，表皮的表达量明显提高。

植物对重金属砷和镉胁迫适应的分子机理初探

随着现代工业的发展，重金属污染日趋严重。重金属污染引发的环境和健康问题在许多国家都有报道，我国的重金属污染状况也不容乐观。土壤和水体中的重金属污染可以通过食物链进入人体，对人类健康造成很大的危害，如诱发癌症 和畸胎等。 植物修复是一种利用植物对重金属或有机污染物的超富集能力清除或减低污染的环境生物技术。植物修复的生物学机制的研究为这项技术走向实用化奠定了基础。植物修复近期的进展可能来自于可更有效地富集重金属的植物品种的选择、土壤条件的改善等;但长远看来，植物修复技术的巨大进步将取决于新的可更好地抵抗重金属或降解有机毒物的基因的鉴定和克隆，并通过转基因技术创造一批新的植物品种，如可迅速大量富集重金属的高生物量的用作环境净化的植物，以及可排拒重金属吸收的粮食、蔬菜和水果等作物。 本研究针对砷污染的植物修复机制，以超富集砷的凤尾蕨属植物——蜈蚣草为试材取得了如下进展： 1． 以从砷污染地区采集的蜈蚣草（Pteris vittataL．）为植物材料，利用抑制消减杂交(SSH)分离了经砷诱导处理与其对照间表达有差异的cDNA片段，以期得到与砷富集密切相关的基因。其中筛选到的一个cDNA片段与ABC transporter (ATP-binding cassette transporter)有较高的同源性。通过RACE方法对该基因进行了克隆，并进行了初步的结构和功能分析。结果表明所获得的PvABCTl (Accession No. AY496966)为一全长cDNA，长度为2165 bp，其中开读框架为1791 bp，编码597个氨基酸。该基因所编码的蛋白中含有2个ABC transporter特性结构域，1个ATP-binding cassette和2个ATP/GTP结合位点(P-loop)，没有明显的跨膜区。 2． 对蜈蚣草在砷胁迫下PvABCT1基因的表达模式进行了研究。转录水平分析表明PvABCT1的表达受砷的诱导。进一步通过PvABCTl-GFP融合基因在洋葱细胞中的表达进行亚细胞定位，结果显示该基因可能定位于细胞质中。 3． 为了研究所克隆的PvABCT1基因的功能，本研究构建了PvABCT1的酵母表达载体，把该基因转入因ACR3基因缺失而对砷敏感的酵母突变株。酵母功能互补实验表明PvABCT1不仅不能与ACR3基因功能互补，反而使酵母对砷的敏感性增加，同时酵母细胞中的砷含量较未转化的酵母细胞增加。即在转入PvABCT1后，酵母细胞吸收了更多的砷。这暗示该基因与蜈蚣草中砷的高吸收有关。 针对食品重金属污染问题，本研究探讨了减低蔬菜对重金属吸收的方法及其 作用机理，取得了如下进展： 1．研究了钙离子和镧离子对镉离子胁迫下生菜种子萌发和植株生长的影响，结果表明在种子萌发时外施4 mM CaCI2或0.04 mg/L La(N03)3均可提高生菜对重金属镉的抗性。 2．通过检测0.5 mM CdCl2胁迫下生菜植株中的镉含量以及外施钙离子或镧离子后相应的镉含量，发现4 mM CaCl2可以增加镉胁迫下生菜植株中镉的积累;而0.04 mg/L La(N03)3可以降低镉胁迫下生菜植株中镉的积累。 3．对生菜中植物络合素合酶基因进行了克隆，通过RT-PCR分析以及植物络合素( phytochelatins，PCs)的检测，探讨了外施钙离子或镧离子对镉胁迫下生菜植株中植物络合素合酶基因在转录水平的表达量、植物络合素含量以及镉的积累三者之间的关系。结果表明：4 mM CaCl2可以提高镉胁迫下生菜植株中植物络合素合酶基因在转录水平的表达以及植物络合素的含量，增加镉的积累;而0.04 mg/L La(N03)3虽然同样可以提高植物络合素合酶基因在转录水平的表达以及植物络合素的含量，却能降低镉胁迫下生菜植株中镉的积累。这暗示外施钙离子可以促进用于重金属污染环境修复的植物对重金属的吸收，而外施镧离子可以用于降低叶菜类蔬菜中重金属镉的积累。

大蒜重金属抗性基因的克隆及其功能分析

金属硫蛋白（metallothionein，MT）和植物络合素（phytochelatin，PC）是植物中能够与金属离子结合的两大类多肽。二者均富含Cys，但前者是mRNA的编码产物，后者是酶促反应的产物，植物络合素合酶（PCS）则是合成PC的关键酶之一。目前已发现许多植物同时存在金属硫蛋白基因和植物络合素合酶基因。研究重金属胁迫下这两类基因的表达对了解植物的重金属抗性的分子机制具有重要意义，同时还可以为培育能用于植物修复的品种提供新思路。 本论文从大蒜中克隆了一个type 2 MT基因，命名为AsMT2a，将其在大蒜中的表达模式与大蒜的植物络合素合酶基因（AsPCS1）进行了比较，并对二者的过表达转基因拟南芥的重金属抗性进行研究。其主要结果如下： 1． AsMT2a基因全长525 bp，编码79个氨基酸，其中有14个Cys 残基。 推测的氨基酸序列分析表明其Cys的位置和数目与来自其它植物的type 2 MT蛋白的完全一致。 2． RT-PCR的结果显示，大蒜根部AsPCS1的表达在Cd处理的短期（1 hr）内迅速增强，同时PCs含量也大幅度增加。但AsMT2a的表达在Cd处理10 hr后才有明显的增加。说明AsPCS1可能在植物对重金属的急性解毒方面起主要作用，而AsMT2a则在植物对重金属长久耐性中的离子平衡方面起更大作用。暗示在大蒜暴露于Cd胁迫的不同时期AsPCS1和AsMT2a基因可以互相协调而对重金属胁迫作出反应。此外，在不同胁迫条件下，AsPCS1和AsMT2a的表达模式不同，其中Cd、As和热激可以促进根中AsPCS1的表达和PCs的积累。 3．将AsPCS1和AsMT2a转入对砷和镉敏感的酵母菌株 FD236-6A中，RT-PCR的结果显示这两个基因均可在酵母中稳定表达，对转化子的重金属抗性实验表明这两个基因均可提高转化子对砷和镉的抗性。 4．将AsPCS1和AsMT2a 置于 CaMV 35S启动子下转入拟南芥中，RT-PCR结果表明，这两个基因均可在拟南芥中表达。有趣的是，AsPCS1在拟南芥中存在两个转录本，且二者均具有完整的ORF，其推测的氨基酸序列相差38个氨基酸。说明部分AsPCS1在拟南芥中经过了精确的剪切和拼接过程，但其机制尚不清楚。 5．在Cd 胁迫下，AsPCS1的超表达拟南芥的生长好于野生型植株，主要表现在转基因拟南芥的根较长，根数目较多;但在As胁迫下AsPCS1转基因植株与野生型植株没有明显的差别。与此不同的是将AsMT2a转入拟南芥后，转基因植株的As抗性明显增强，同样表现在根长度和根数目上。进一步将AsPCS1和AsMT2a同时转入拟南芥进行超表达，在Cd胁迫下，转基因植株的生长好于野生型植株，且种子萌发率也较高。 6．Cd和As胁迫下，AsPCS1过表达植株的PCs含量增加，同时Cd和As的积累量也明显增加，其中Cd胁迫下Cd含量增加最多，平均比野生型对照增加4倍;而As胁迫下As含量比野生型对照增加1.2倍。在Cd和As胁迫下，AsMT2a过表达植株的Cd和As积累量与野生型相比分别增加1.4倍和0.8 倍。双价基因AsMT2a +AsPCS1过表达植株的 Cd 积累量是野生型的5.8倍，是AsMT2a过表达植株的2.4 倍，是AsPCS1过表达植株的1.2倍。 在克隆AsMT2a的同时，我们还从大蒜中克隆到了一个金属硫蛋白基因家族的新成员，命名为AsMT2b，并对其功能进行了初步探讨。主要结果如下： 1．AsMT2b 全长520 bp，其开读框架为243 bp，编码80个氨基酸，其中含有15个Cys 残基。对推测的氨基酸序列分析表明AsMT2b的N端和C端domain内，Cys的数目和排列方式与其它type 2 MT蛋白明显不同。 其N 端domain内的结构为CXXC——CXC——CXC——CXCC，C端domain 内的结构为CXXC——CXC——CXC。暗示AsMT2b 可能具有与其它MT不同的生物学功能。 2．在较低浓度Cd（200 µM）胁迫下，AsMT2b的表达量随着处理时间（24 hr内）的延长而降低，但随着处理浓度的升高（500 µM）和处理时间延长（48 hr），其表达量又逐步增强，说明AsMT2b可能在胁迫强度增大到一定值时方起作用。 3． 将AsMT2b转入对Cd和As敏感的酵母菌株FD236-6A中，发现AsMT2b对酵母As抗性的提高贡献不大，但可明显提高酵母对Cd的抗性。 4．对AsMT2b的超表达拟南芥的重金属抗性分析表明，与野生型植株比较，转基因植株具有较强的Cd抗性，表现在Cd胁迫下，种子的萌发率较高，根较长，侧根数较多。但在As胁迫下，转基因植株的生长和野生型没有明显差异。可以看出，转AsMT2b的拟南芥对重金属的抗性不同于转AsMT2a的植株，前者的抗Cd性较强，而后者的抗As性较强。 5． Cd胁迫下，AsMT2b过表达拟南芥的Cd含量明显增加，平均比野生型对照植株增加70％，但各个株系的增加幅度不一致。 另外，我们还对CdCl2胁迫下，大蒜幼苗中镉的积累及氧化胁迫和抗氧化能力的变化进行了研究。结果表明在CdCl2 胁迫下，大多数Cd在根部积累，而只有少量的Cd积累于叶片中。5 mM 和10 mM CdCl2 抑制SOD和CAT的活性，但随着处理时间的延长，二者的活性回复到对照水平或高于对照。在CdCl2胁迫下，POD的活性明显增强，同时脂质过氧化产物积累。这些结果说明镉胁迫下，植物细胞中氧化胁迫加剧，而抗氧化酶活性的增强是植物对次生氧化胁迫的一种适应策略。 综上所述，在重金属胁迫下， AsPCS1和AsMT2a之间及AsMT2a和AsMT2b之间均表现出明显的协调反应。这种协调反应可能是植物维持细胞内离子稳态的机制之一。而重金属胁迫下，过表达AsPCS1，AsMT2a或AsPCS1+AsMT2a的拟南芥体内的重金属含量明显增加，表明这些基因可望用于重金属污染土壤的植物修复中。

三峡水库蓄水对消落带土壤理化性状的影响

三峡水利枢纽工程的调度运行导致水库水位的涨落，从而在三峡水库周边水陆交错带形成周期性淹没与出露于水面的一段特殊区域，被称为三峡水库消落带。三峡水库消落带生态系统的健康是库岸稳定和水库安全运行的重要保障。土壤养分是三峡库区消落带土壤生态系统的重要组成部分。三峡水库蓄水以来，土壤理化性状发生改变，水土流失日益加剧。土壤是植物的基础，因此，对三峡水库消落带土壤性状的研究对消落带植被恢复有一定的指导意义，也为研究水库消落带水土流失提供依据，为研究水库消落带土壤污染与水体污染提供基础。 本文首先通过对重庆忠县石宝寨水库消落带不同水位、不同时期的表层土壤分析，研究了消落带不同水位土壤容重、酸碱度、有机质、全氮、全磷、全钾、硝态氮、氨态氮、速效磷、速效钾的含量变化。实验结果表明：（1）消落带土壤淹水前各测定指标在不同海拔高程之间的差异均不显著（P>0.05）；（2）三峡水库淹水后消落带土壤由微碱性变为碱性，养分平均含量普遍下降，土壤养分缺乏，淹水易造成养分流失；（3）不同淹水强度下，土壤pH 值、有机质、全氮、全磷、氨态氮、速效钾平均含量差异显著（P＜0.001），经过淹水土壤有机质、全氮、速效钾含量进一步降低；（4）不同淹水时期，土壤全钾、硝态氮、氨态氮平均含量差异显著（P＜0.001），速效氮含量随季节变化较大，与土壤水分有密切关系；（5）干湿交替更容易造成氮、磷解吸释放入水体，从而增加富营养化的风险。 其次，通过对石宝寨消落带5 个时间段6个水位的表层土壤分析，研究了消落带不同时期、不同淹水强度土壤酸碱度及Cu、Zn、Pb、Cr 的含量变化。结果表明（1）淹水土壤pH 显著高于未淹水土壤，长期淹水土壤重金属含量显著高于短期淹水土壤与未淹水土壤，146m 土壤重金属含量最高；（2）经过淹水土壤，pH 先升高后下降，铜含量、锌含量都下降，铬含量先上升后下降，铅含量随着土壤暴露先稍微上升，后又下降，但在08 年9 月达到最大值；（3）各土壤重金属之间均存在显著相关关系，表明三峡消落带土壤存在重金属复合污染隐患；（ 4 ） 以三峡水库土壤背景值为评价标准， 消落带土壤污染程度具有Cu>Pb>Zn>Cr 的特征，其中，铜污染相对最为严重，消落带土壤随着淹水强度的加大与淹水时间的延长，污染程度加重，消落带综合污染指数达到1.24，属于轻度污染级。

药用牡丹资源与重金属污染问题的研究

我国牡丹资源丰富、药用历史悠久、药材出口量大。近年来国际上对进口植物药的重金属限量标准不断提高，已成为影响丹皮出口的最大贸易壁垒之一，严重阻碍了丹皮产业化进程。为了提高我国丹皮药材整体质量水平和国际竞争力，本试验探讨了不同产地、不同种质资源的丹皮与Cu、Cd、Pb、As四种重金属的关系，重点研究了两个代表性品种对重金属Cu的富集规律，分析了重金属Cu对牡丹生长、生理和药材品质的影响。实验中采用火焰原子吸收分光光度法（FAAS ）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）为基本检测手段来分析样品中重金属元素的含量，从植物与重金属相互关系的角度对牡丹药用、花药兼用以及生态修复可行性等方面进行了系统研究。结果如下： 1. 丹皮重金属含量与牡丹种质资源和栽培环境关系密切。野生种中滇牡丹丹皮中Cu、Cd含量相对较高，多数野生种丹皮中Pb、As含量较栽培种偏高；铜陵产区的丹皮重金属含量明显高于其它产区，铜尾矿上栽培出产的丹皮重金属Cu含量明显超标，建议其改变种植模式，可以考虑丰富牡丹品种，开发生态旅游、观赏栽培。 2. 综合比较同一地块的7个常用药用品种发现，‘JPH’和‘CKL’品种对重金属富集能力相对较弱。‘JPH’是传统的优良观赏品种，适宜花药兼用；结合前期研究的结果‘CKL’药效成分含量相对较高，药用价值较高，适宜药用栽培。 3. 对药用牡丹品种‘凤丹’和‘建始粉’外施不同浓度CuSO4溶液处理后发现，丹皮中重金属富集量与外施重金属浓度成显著正相关。当外施Cu 浓度超过150mg/kg 时，两个品种的丹皮中Cu含量均已超标。 4. 重金属Cu对牡丹生长的影响效应与重金属浓度和植物体自身部位有关。当外施Cu浓度小于600mg/kg 时，对牡丹生长有一定的促进作用，主要表现在地上部分；超过600mg/kg 时，对牡丹生长有抑制作用，随着浓度增大，毒害症状愈加明显。地下部主要表现出受抑制作用，抑制效应随外施浓度增大而加重。 5. 牡丹通过自身的生理生化调节机制抵抗Cu胁迫对细胞造成的氧化伤害：低浓度Cu可以刺激抗氧化酶系统SOD和POD 活性升高，高浓度下SOD和 POD活性则显著降低。相同处理条件下‘凤丹’品种的抗铜性要高于‘建始粉’。 6. 本试验未发现外施Cu处理对丹皮中药效成分丹皮酚、芍药苷产生影响。 7. ‘凤丹’及‘建始粉’根系铜富集质量分数均达到超富集植物的要求，因此牡丹可能在重金属Cu污染的环境修复方面存在巨大潜力。

渤海湾不同站点四角蛤蜊软体部重金属含量及AhR 通道研究

渤海湾沿岸人口密集，工农、航运发达，渤海自身净化能力非常有限。因此，渤海湾 环境污染的压力越来越大，主要污染物包括重金属和持久性有机污染物的。四角蛤蜊广泛 分布于渤海湾海域，是一种重要的经济贝类，对污染物具有较强的富集能力。为了研究不 同站点渤海湾四角蛤蜊软体部重金属含量，选择大港油田、高沙岭码头、涧河村三个断面 进行研究，对不同站点四角蛤蜊软体部重金属含量进行了分析和讨论，最后对水生动物的 POPs 毒理调控通道进行了探索性研究，得到以下结果： 1. 通过比较渤海不同站点四角蛤蜊软体部重金属含量分布特征和方差分析，发现四 角蛤蜊软体部必需重金属元素含量较高，而非必需重金属元素含量较低，这是由于必需重 金属元素具有重要的生理功能作用。侧重比较A、B 两个断面各站位间四角蛤蜊软体部重 金属含量，发现虽然各站位间分布规律不明显，但各站位间差异显著。 2. 利用简单相关回归分析金属元素间及其与生物学性状间的关系，发现Mn 与Zn 之 间，Cu 与Zn 间均存在显著正相关，Se 与As、Cd 间存在显著正相关。另外，A 断面，BL 与Cd 含量显著负相关其回归方程为：Y（Cd）=－1395.97＋88.34（BL）；R=0.633；在B 断面，利用BW 和BH 分别与Cd 和As 显著负相关和显著正相关，其回归方程分别为：BW 和Cd 的回归方程为：Y（Cd）=－1968.80＋220.72（BW）；R=0.656。BH 和As 的回归方 程为：Y（As）=1496.86＋227.82（BH）；R=0.656。 3. 利用PLS（偏最小二乘分析）方法分析，发现五个生物学性状都与Co、As 呈正相 关，而与Cr、Pb、Se 呈负相关，而与必须重金属元素相关不明显。进一步分析表明表明 渤海湾海域中Co、As 含量低于四角蛤蜊正常生长发育的需要，而Cr、Pb、Se 的含量超过 四角蛤蜊正常生长发育所需的量。最后，通过PLS-DA 分析方法，发现C 站点样品能与A、 B 两个断面的站点区分开，而A、B 间未能区分开，反映了渤海湾三个断面的实际污染状 况。 4. 四角蛤蜊软体部重金属含量进行风险评价，首先，利用单因子污染指数法比较分析， 发现从1997 年-2008 年，渤海湾四角蛤蜊软体部Cd 的污染水平在不断降低，现在其含量 已低于《海洋生物质量标准》（第二类）标准。而Cr、As 有污染的趋势，需要引起重视。 然后，利用金属污染指数法进行比较研究，发现B 断面＞A 断面＞C 断面。最后，利用《人 体消费卫生标准》进行比较分析，发现Cd、Ni 存在轻度污染，因此需要加强其污染源的 控制。 5. 渤海湾污染物除了重金属外，还存在一些典型持久性有机污染物。为进一步揭示 二者间协同毒理机制，利用分子系统学方法，对芳香烃受体通道进行了探索性研究，发现 水生动物AhR通道基因在进化过程中发生了适应性进化，对进一步研究重金属和POPs对双 壳贝类的毒理机制具有参考价值。