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、绊根草中重金属抗性分子机制的研究

日益加剧的重金属污染已经危害到了全球的生态环境以及人类健康。在分子水平上阐明植物中的重金属抗性机制并应用于环境修复和绿色农业是植物科学和环境科学以及农业科学的交叉点和新的生长点。为了了解植物重金属抗性的分子机制，我们的研究主要是从重金属抗性植物材料大蒜(Allium sativumL．)和绊根草(Cynodon dactylon)中分离重金属抗性相关基因，并研究它们在重金属抗性机制中的功能。 在高等植物中有迹象表明，一种富含半胱氨酸的低分子量蛋白．类金属硫蛋白 (Metallothioneins Like，MTs Like)和一类具有Y-(Glu-Cys) n-Gly特殊结构的多肽一植物络合素(Phytochelatins，PCs)在重金属抗性机制中占有重要地位。然而人们对于同一种植物中这两种重金属结合肽作用的相互关系还缺乏了解，同时对于MT Like基因以及PCs合酶基因在同一种植物中的表达模式如金属离子专一性、时空表达特点等，还投有文献报道，因此本文将首先以这两个基因为切入点进行研究。 本研究采用RACE的方法，从大蒜中分离得到了类金属硫蛋白(MT-Like)的cDNA序列(GenBank Accession No.AY050510)，PCR和SoutheLrn Blot分析表明，大蒜基因组中不仅存在类金属硫蛋白基因，而且可能以基因家族的形式存在。对获得的MT Like cDNA进行的序列分析及同源性分析表明，大蒜MT Like cDNA含有一个完整的开放阅读框架，编码73个氨基酸，其中12个为半胱氨酸，占氨基酸总数的1 6.4%，并与其他植物如水稻、小麦、紫羊茅草中的类金属硫蛋白基因同源性较高，其中最高达89%。对该基因编码的氨基酸序列和结构分析表明在N-端、c-端结构域中分别含有3个典型的金属硫蛋白的结构模式Cys-Xaa-Cys，属于典型的Type-1类金属硫蛋白。这些Cys-Xaa-Cys特征结构表明大蒜MT Like基因编码的蛋白可以结合二价金属离子。重金属胁迫下大蒜根中MT Like基因在转录水平的表达检测表明，MT Like基因的表达受重金属离子Cu2+、Cd2+的诱导，暗示MT Like基因在大蒜对重金属的抗性中有重要作用。此外，用能谱电镜技术研究大蒜中重金属的积累与分布，以及用组织原位杂交技术分析MT Like基因的表达定位与重金属的积累、转运的关系已在进行之中。 植物络合素也是富含巯基的多肽化合物，在重金属抗性中起重要作用。由植物络合素结构中存在的Y一酰胺键或β-Ala可知PCs不是基因表达的直接产物，而是以GSH为前体的酶促反应产物。目前已知y一谷氨酰半胱氨酸二肽转肽酶(简称为PCs合酶，phytochelatin synthase，PCS)是PCs合成途径的关键酶，编码这一关键酶的基因目前已在小麦、拟南芥菜和裂殖酵母中克隆。由于这一基因在不同物种中的保守性较低，其克隆较困难。本研究通过设计植物络合素台酶基因简并引物，从大蒜中扩增得到了345bp的cDNA序列。序列分析和推测的氨基酸序列同源性比较表明，此序列的翻译产物与已知的植物络合素合酶同源性最高，此cDNA序列应为大蒜植物络合素合酶基因的部分cDNA序列(GenBank Accession No.AF384110)。目前大蒜植物络台素合酶基因的全长序列的扩增，以及这两种与重金属抗性有关的基因(MT Like，PCS)的表达模式仍在研究中。 本文还尝试了利用酵母重金属敏感突变株M379/8功能互补的方法从重金属抗性植物绊根革中分离新的重金属抗性相关基因。构建了用于转化的酵母质粒表达文库，探索了酵母转化体系建立的条件。曾尝试多种转化方法，并对其中的条件进行了优化改进。下一步的工作将集中在合适的酵母突变体的筛选或穿梭表达载体的选择标记基因替换上

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。

绊根草重金属抗性相关基因的克隆及其功能分析及可耐受偏二甲肼的芦苇变异株系的筛选

本研究利用酵母功能互补方法和RACE的方法从具有较强抗逆能力的绊根草中克隆了9个与重金属抗性相关的克隆，并对部分基因的表达调控及功能进行了初步研究。同时还利用细胞工程技术筛选到了具有较强的耐受火箭推进齐-偏二甲肼(UDMH)的芦苇的变异株系，为以后用人工湿地系统处理受偏二甲肼污染的废水奠定了基础。 本研究通过酵母功能互补法克隆到了五个基因，分别为CdSRP、CdTETH、 CdASP、CdMT2和CdTER1。CdSRP可能是一种衰老相关基因;CdTETH编码的产物可能是组成TRAPP复合体的一个亚基;CdASP是一个功能未知的基因;CdMT2是一个编码Type Ⅱ型金属硫蛋白基因;CdTER1可能是编码一个TERl-like家族蛋白成员的基因。用这五个基因分别转化因Acr基因缺失而对As敏感的酵母菌株FD236-6A，所获得的转化子对As的抗性均有提高，其中以CdMT2、CdTER1和CdASP的作用最为明显。这些基因的表达调控方式以及与其它重金属抗性的关系正在研究中。 本研究还利用RACE的方法克隆了一个谷胱甘肽S-转移酶基因，CdGSTFl;两个植物络合素合酶基因，CdPCSI和CdPCSⅡ，和一个TypeⅠ型金属硫蛋白基因CdMT1。CdGSTF1属于phi类GST基因，Northern-blotting分析表明，CdGSTF1在绊根草根部的表达受Cd2+的诱导，暗示其可能具有解除氧自由基或氢过氧化物的毒性的作用。CdPCSI和CdPCSⅡ的同源性较高，表明绊根草含有两个以上的PCs合酶的基因。参照前人的方法对CdPCSI和CdPCSII的氨基酸序列进行分析，发现它们含有六个非常相近的Cd2+结合位点，这两个基因的功能及其调控方式有何差异尚需进一步的研究。cdMT1与用酵母功能互补法克隆到的CdMT2属于不同类型的MT基因，对它们之间很可能存在的功能、组织特异性等方面的差异性进行了讨论。 四氧化二氮／偏二甲肼是常用的航天器双组元液体推进剂。偏二甲肼易挥发，有致癌、致畸、致突变的毒性。在推进剂贮存、运输、转注、火箭发动机试车、火箭发射、管道及设备冲洗中产生的含有偏二甲肼的废水能够对卫星发射基地的地下水源和空气造成污染。因此迫切需要培育能够净化偏二甲肼污水的植物。 本研究利用生长在卫星发射基地的野生芦苇的种子诱导愈伤组织，进而通过逐步提高偏二甲肼筛选压力的方式从中筛选出具有较强抗性的愈伤组织，然后诱导其分化。目前已经得到能够在含有1.63 mmol/L和3.26 mmol/L偏二甲肼的分化培养基中生长良好的芦苇再生苗，并已成功转移至温室中。抗性分化苗对污水的处理效果和耐受偏二甲肼的机理正在研究中。

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。

利用多基因转化技术培育重金属超富集植物的研究

植物耐受和积累重金属的细胞学基础是植物细胞内存在一些能够络合和区隔化金属离子的机制。细胞中络合重金属离子最重要的小肽分子是谷胱甘肽(GSH)和植物络合素(PCs)，而YCFⅠ基因编码的ABC-type 液泡膜转运蛋白负责将重金属离子及其与上述小肽形成的复合物转运进入细胞液泡中，即将重金属离子区隔化。植物细胞中合成GSH 和PCs 的关键酶分别是γ－谷氨酰氨半胱氨酸合成酶(GSHⅠ)和植物络合素合酶(PCS)，他们的编码基因分别为GSHⅠ 和PCS 。此外定位于细胞质中的小囊泡上且对二价阳离子的吸收和转运有重要作用的SMF2 蛋白可能也参与重金属离子的区隔化过程。 为了改良植物使之能够应用于清除土壤中的重金属污染，本研究基于植物耐受和积累重金属的细胞学机制，分别将酿酒酵母来源的GSHⅠ、YCFⅠ和SMF2 基因，以及GSHⅠ、YCFⅠ基因分别与镉抗性植物大蒜来源的AsPCSⅠ 基因构建为不同的基因组合表达载体，转化模式植物拟南芥。对不同组合转基因拟南芥的功能分析表明： 1、酵母来源的基因GHSⅠ、YCFⅠ分别在拟南芥中异源超表达可以在一定程度上提高转基因拟南芥耐受、积累重金属的能力;其中GSHⅠ基因在拟南芥超表达可以提高转基因拟南芥合成GSH 的能力，转基因拟南芥细胞中GSH 浓度比野生型增加。 2、将GSHⅠ基因和来自大蒜的AsPCSⅠ基因同时在拟南芥中超表达能够显著提高转基因拟南芥耐受和积累重金属的能力，且积累和耐受能力显著高于分别转GSHⅠ或AsPCSⅠ的单价转基因株系;将YCFⅠ基因和AsPCSⅠ基因同时在拟南芥中超表达也能够显著提高转基因拟南芥耐受和积累重金属的能力，且积累和耐受能力显著高于分别转YCFⅠ或AsPCSⅠ的单价转基因株系。两种双价转基因株系GSHⅠ＋AsPCSⅠ和YCFⅠ＋AsPCSⅠ在积累和耐受不同重金属胁迫方面没有明显差别。 3、将SMF2 基因在拟南芥中异源表达，研究了植物中囊泡转运是否参与了重金属离子的吸收和区隔化过程。研究结果表明：超表达SMF2 基因的拟南芥尽管耐受重金属胁迫的能力与野生型没有明显差异，但其积累重金属的能力显著提高。这为证明植物中小囊泡转运参与重金属转运提供了间接证据。 综上所述，同时将多个参与植物对重金属络合、转运和区隔化作用的关键基因在转基因植物中表达可以提高植物耐受和积累重金属的能力，是培育可用于植物修复的新型工程植物的值得探索的途径。本论文所设计和构建的双价基因组合及其对目标植物的转化，在环境重金属污染的清除中有潜在的应用价值。

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。

Metallothionein-2 gene from the mandarin fish Siniperca chuatsi: cDNA cloning, tissue expression, and immunohistochemical localization

The metallothionein-2 (MT-2) gene was isolated from the mandarin fish, one of the most important industrial aquatic animals in China, by using rapid amplification of cDNA ends (RACE). The deduced amino acid sequence of MT-2 comprised 60 amino acids and showed approximately 62.3% identity to human metallothionein. Its promoter region was amplified by thermal asymmetric interlaced polymerase chain reaction (TAIL-PCR). The MT-2 gene consists of 3 exons and 2 introns, extending approximately 900 bp of genomic sequence. Phylogenetic analysis clearly demonstrated that MT-2 formed a clade with fish metallothionein. The promoter region contained 5 putative metal-regulatory elements (MREs) and 1 TATA box. Real-time quantitative RT-PCR analysis revealed that MT-2 transcripts were significantly increased in the brain and gills and were stable in the muscles, liver, and trunk kidney in Cd2+-stimulated fish. Western blotting analysis demonstrated that the protein of the MT-2 gene was expressed mainly in the gills, liver, heart, trunk kidney, muscle, and intestine; it was weakly detected in the brain and head kidney. Moreover, the MT-2 protein was immunohistochemically detected in the cytoplasm in the liver and trunk kidney. All the above results revealed that the mandarin fish MT-2 would be a useful biomarker for metal pollution. (C) 2008 Published by Elsevier Inc.

Species transformation of trace elements and their distribution prediction in dyestuff residue incineration

The release of heavy metals from the combustion of hazardous wastes is an environmental issue of increasing concern. The species transformation characteristics of toxic heavy metals and their distribution are considered to be a complex problem of mechanism. The behavior of hazardous dyestuff residue is investigated in a tubular furnace under the general condition of hazardous waste pyrolysis and gasfication. Data interpretation has been aided by parallel theoretical study based on a thermodynamic equilibrium model based on the principle of Gibbs free energy minimization. The results show that Ni, Zn, Mn, and Cr are more enriched in dyestuff residue incineration than other heavy metals (Hg, As, and Se) subjected to volatilization. The thermodynamic model calculation is used for explaining the experiment data at 800 degrees C and analyzing species transformation of heavy metals. These results of species transformation are used to predict the distribution and emission characteristics of trace elements. Although most trace element predictions are validated by the measurements, cautions are in order due to the complexity of incineration systems.

Hg胁迫对两种基因型小麦生长及其过氧化物酶活性的影响

用不同浓度Hg处理两种基因型小麦种子,较低浓度的Hg对小麦种子萌发影响比较小,对抗旱品种的小麦种子(陕合)的萌发有略微的刺激作用。小剂量、短时间的重金属处理可以提高POD的活性,发芽后受到Hg胁迫的陕合对Hg的耐受性低于发芽前就受到Hg胁迫的陕合,也低于同样胁迫处理的小麦品种(郑引)。发芽后进行Hg胁迫处理情况下,陕合对于Hg胁迫比较敏感,POD活性随着Hg浓度的升高而下降;而郑引,低浓度Hg对其POD活性有促进作用。在小麦发芽前就受到Hg胁迫的情况下,陕合和郑引的POD活性都随着Hg浓度增加表现为先上升而后下降趋势。

板栗壳对水中Cu~(2+)吸附性能的研究

研究食品加工剩余物板栗壳对水中Cu2+的吸附性能,为其用于含铜废水的处理提供理论依据。【方法】研究吸附质溶液pH、Cu2+质量浓度、吸附剂用量、粒径、吸附温度和时间对板栗壳吸附Cu2+效果的影响,探讨吸剂和吸附剂循环利用次数对解吸和再生的影响;并采用穿透曲线和洗脱曲线对动态吸附进行了分析。【结果】吸附质溶液pH值为6、Cu2+起始质量浓度为20 mg/L、吸附剂粒径为0.25 mm时的吸附效果较好,该吸附为放热过程,升高温度虽然可以加快吸附进程,但却降低了吸附量和去除率。Na+和Ca2+对Cu2+的解吸置换能力较弱,0.1mol/L HCl可使96.1%的Cu2+得以解吸回收。通过Thomas模型预测,在固定床柱吸附条件下饱和吸附量为10.94mg/g。【结论】板栗壳对水中Cu2+的吸附性能较好,因而具有很好的应用前景。

Investigation on Fe, Mn, Zn, Cu, Pb and Cd fractions in the natural surface coatings sampled and surficial sediments collected in the Songhua River, China

Natural surface coatings sampled (NSCSs) from the surface of shingles and surficial sediments (SSs) in the Songhua River, China were employed to investigate the similarities and difference in fractions of heavy metals (Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, and Cd) between NSCSs and SSs using the modified sequential extraction procedure (MSEP). The results show that the differences between NSCSs and SSs in Fe fractions were insignificant and Fe was dominantly present as residual phase (76.22% for NSCSs and 80.88% for SSs) and Fe-oxides phase (20.33% for NSCSs and 16.15% for SSs). Significant variation of Mn distribution patterns between NSCSs and SSs was observed with Mn in NSCSs mainly present in Mn-oxides phase (48.27%) and that in SSs present as residual phase (45.44%). Zn, Cu, Pb and Cd were found dominantly in residual fractions (>48%), and next in solid oxides/hydroxides for Zn, Pb and Cd and in easily oxidizable solids/compounds form for Cu, respectively. The heavy metal distribution pattern implied that Fe/Mn oxides both in NSCSs and SSs were more important sinks for binding and adsorption of Zn, Pb and Cd than organic matter (OM), and inversely, higher affinity of Cu to OM than Fe/Mn oxides in NSCSs and SSs was obtained. Meanwhile, it was found that the distributions of heavy metals in NSCSs and SSs were similar to each other and the pseudo-total concentrations of Zn, Cu, Pb and Cd in NSCSs were greater than those in SSs, highlighting the more importance for NSCSs than SSs in controlling behaviours of heavy metals in aquatic environments.

长期重金属污染胁迫下农田土壤微生物特征研究

本论文以沈阳张士污灌区土壤为例，首次采用传统微生物生态学与现代微生物分子生态学相结合的研究方法系统地研究了污灌区长期重金属污染胁迫下原位农田土壤微生物特征。结果表明，虽然已经停止污灌十多年，张士灌区土壤耕作层（0～30 cm）仍然存在普遍的Cd污染，灌区土壤Cd含量高达1.75～3.89 mg kg-1。部分区域土壤Cd呈现向下迁移的趋势,且同时伴随有Cu、Zn复合污染。灌区土壤Cd含量较高时清水灌溉能降低土壤表层Cd含量，灌区土壤Cd含量下降到一定程度（约2 mg kg-1）后，清水灌溉对消除土壤表层Cd污染的作用消失。重金属元素中Cd对土壤微生物的影响最突出，在三个不同季节中土壤Cd与土壤微生物生物量（MBC）和微生物商（qM）呈显著负相关，与土壤微生物代谢商（qCO2）呈显著正相关。所检测的微生物指标中qM和qCO2与多种重金属元素呈显著相关性，可作为评价一定程度重金属污染的微生物指标。土壤营养元素（除P外）与微生物特征呈显著正相关性，土壤营养元素对微生物的刺激作用有可能在某种程度上掩盖了重金属对土壤微生物的负面影响。 用16S rDNA-PCR-DGGE方法，研究了不同浓度Cd胁迫下土壤Cd抗性细菌群落结构的动态变化，结果表明在Cd的胁迫下Cd抗性细菌多样性显著增加，不同土壤样品中Cd抗性细菌群落结构向相似的方向偏移，群落结构最终将可能趋向一致。Cd胁迫使敏感菌Pontibacter消失，而伯克氏菌（Burkholderia）、罗尔斯通氏菌（Ralstonia）、芽孢杆菌（Bacillus）和节杆菌（Arthrobacter）则富集成为优势菌。 从张士灌区Cd污染土壤中分离出32株Cd抗性细菌，研究了Cd抗性细菌和Cd抗性基因cadA的分布特征。这32株Cd抗性细菌分别归属于拟杆菌门(Bacteroidetes)（37.5%）、变形菌门(Proteobacteria) （37.5%）、放线菌门(Actinobacteria)（9.4%） 和厚壁菌门(Firmicutes)（15.6%）。在液体LB培养基中对Cd的抗性浓度都大于2 mmol L-1，对Zn抗性浓度介于5～13 mmol L-1。首次从Cetobacillus属的Cd抗性菌株S1基因组DNA中扩增出cadA基因的部分片断。在芽孢杆菌属(Bacillus)的4株菌N7，N9，N10和N11的基因组DNA中扩增出cadA基因的部分片断。序列分析结果表明这5株菌的cadA基因序列相似性为99％～93％，它们与坚强芽孢杆菌（Bacillus firmus） cadA 基因序列(M90750）相似性为94％～92％。系统发育分析结果表明这5株菌的cadA都与Bacillus firmus cadA 基因有着较近的亲缘关系。不同属的Cd抗性细菌间cadA基因的高度相似性揭示了cadA基因能在不同种属间转移的特性。

典型沉积物组分结合的重金属对芦苇的植物有效性研究

沉积物中的重金属，与无机、有机胶体通过吸附、配位体交换、络合、共沉淀等作用与沉积物中不同组分结合，由于污染来源、环境条件、赋存时间的不同，重金属可以有不同的化学形态。不同赋存形态的重金属具有不同的生物环境地球化学过程及生物有效性规律。 5种氧化物矿物吸附态Cd的富集实验表明，芦苇对吸附在含铝矿物表面的Cd吸收最多，其次为铁锰矿物。比表面积较大、等电点较低的矿物与Cd的吸附强度和稳定性较强，进而造成Cd的植物有效性较低。可能对Cd的吸附解吸产生影响的是植物根系分泌的有机酸，有机酸对不同矿物吸附Cd的解吸规律与芦苇对Cd的吸收规律一致。有机酸本身性质，如羧基数量、电离常数等影响Cd解吸量。 环境中与水合氧化物结合（吸附和共沉淀）的Cd生物有效性研究表明，两种结合形式的Cd均被芦苇富集，不同处理体系中富集强度不同，根中富集量9.1 ~ 37.8 mg/kg；地上部分富集量为0 ~ 10.0 mg/kg。由于共沉淀处理增加了矿物的比表面积和吸附位点密度，并且在预先混合的过程中Cd进入氧化物内部使结合了Cd的水合氧化物更加稳定，因此吸附态Cd的植物有效性大于共沉淀。老化处理可使Cd向水合氧化物晶格内部扩散，因而显著地降低吸附态Cd的富集。由于Fe(OH)3的等电点较低、阳离子交换容量较大，因此与Fe(OH)3 结合的Cd有效性较低。采用2种低分子量有机酸对Cd进行解吸，Cd的解吸规律与芦苇对镉的富集规律一致。 与无定形铁氧化物结合（吸附和共沉淀）的多金属富集实验表明，芦苇对不同金属的富集强度不同。金属离子与铁氧化物的亲合力由金属阳离子水合半径和水化数决定，本研究中金属与铁矿物结合亲合力遵循：Pb > Cd > Cu > Ni，因此芦苇对金属的富集规律大致为Ni > Cu > Cd > Pb。在多金属处理体系中，金属之间往往竞争相同的吸附位点，形成相似络合物，从而改变吸附强度和稳定性。Ni和Cd在根中富集量较少，可能是体系中Pb的投加产生了竞争作用。此外，植物对金属的选择性吸收也影响金属的植物有效性。解吸实验表明，吸附处理的金属解吸量大于共沉淀，单一金属投加体系中，重金属的解吸量：Ni > Cu > Cd > Pb；多种金属投加体系中，Pb的解吸量增加，Cd的解吸量下降。根系分泌的低分子量有机酸对沉积物中的重金属有重要的活化作用，这可能是植物吸收污染沉积物或土壤中重金属的重要因素之一。 针铁矿和不溶性腐殖酸吸附态Cd的富集实验表明，水溶态金属的有效性最大，其次为针铁矿吸附态，最难被植物吸收的是腐殖酸吸附态金属。由于腐殖酸结构复杂、表面多官能团和吸附位点，因此与金属的亲合力较大，结合牢固，不易被芦苇吸收富集。解吸实验验证了相同条件下，柠檬酸对腐殖酸吸附态金属的解吸量小于针铁矿结合态。pH值是影响金属与沉积物中活性组分结合强度和稳定性的重要因素。较低的pH值，水相中H+浓度较高，与金属离子竞争吸附位点，降低针铁矿或腐殖酸对金属离子的吸附容量和稳定性。另外，环境pH值较低（低于矿物等电点）时，矿物表面趋于带正电，增加了金属离子吸附的难度。 水体－沉积物体系中，可溶性腐殖酸影响重金属的迁移和生物有效性。不同的腐殖酸浓度和投加顺序对金属的生物有效性影响研究表明，单一金属投加体系中，金属在芦苇体内的富集规律为：Cu > Cd > Ni > Pb，金属在植物不同部位的分布遵循：根 > 叶 > 茎 > DCB，腐殖酸浓度的增加降低了金属的富集（除Ni外）。混合金属投加体系中，金属的富集遵循：Ni > Cu > Cd > Pb（HA 5 ppm）；Cd > Ni > Cu > Pb（HA 20 ppm）。与单一金属投加相比，金属的富集量降低，DCB提取态金属含量增加。腐殖酸浓度的增加降低了金属的生物有效性。腐殖酸加入顺序显著影响的金属与针铁矿的吸附，进而影响金属的生物有效性。