综述:镍对豆科植物的影响:研究现状、问题与展望

【字体: 时间:2025年03月04日 来源:Discover Plants

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  为了解镍对豆科植物影响,研究人员开展相关研究,发现多数研究聚焦镍毒性,还有诸多研究空白。

  镍,这个在植物营养舞台上既扮演 “小天使” 又化身 “小恶魔” 的微量元素,自 20 世纪 80 年代被确认为高等植物必需元素后,它的角色就备受关注。适量的镍,能助力种子发芽、促进植物生长和光合作用,像个贴心的小助手;但要是多了,它就会 “翻脸”,触发植物体内活性氧物质(ROS)的产生,干扰植物正常的生理生化过程,成为植物健康的 “破坏者”。随着人类活动,比如镍矿开采、冶炼和精炼等,环境中的镍含量不断攀升,不少国家的陆地和水生环境都出现了镍污染。这不仅改变了生态环境,还对植物产生了毒害。可关于镍在植物营养、生理和代谢方面的研究,大多还停留在描述性阶段,缺乏全面系统的梳理和分析。
为了填补这一知识空白,来自圣保罗州立大学(S?o Paulo State University,UNESP)工程学院的 Tassia Caroline Ferreira、Jailson Vieira Aguilar 等研究人员,开展了一项关于镍对豆科植物(Fabaceae family)影响的研究。他们的成果发表在《Discover Plants》上,为我们深入了解镍与豆科植物的关系提供了重要线索。
研究人员遵循 PRISMA 指南,利用 Population, Concept, and Context(PCC)框架确定关键词,在多个数据库中进行搜索,筛选出 2013 - 2022 年发表的、有有效 DOI 且为英文的同行评审文章。他们建立数据提取表,手动提取数据,运用描述性统计分析数据,并借助 R 软件及相关绘图包进行可视化展示。
在研究物种方面,研究发现大豆(Glycine max)是研究最多的豆科植物,在生物胁迫和施肥研究中占主导。在镍毒性研究中,虽然涉及多个豆科植物物种,但多数集中在蝶形花亚科(Papilionoideae),像木豆(Cajanus cajan)、紫花苜蓿(Medicago sativa)等。其他亚科植物研究较少,这意味着我们对镍毒性在不同亚科植物中的影响了解不足。而且,目前对孤儿作物(如班巴拉花生、豇豆)的研究也较少,这些作物在应对环境胁迫和生物固氮方面潜力巨大,却被忽视了。
研究方法上,文献多聚焦经济重要性高的作物,全球生物多样性研究覆盖不足。研究地域分布不均衡,巴西、波兰、伊朗、印度和巴基斯坦等国在镍和豆科植物研究中较为活跃,但多数研究缺乏实验地点信息。研究目的以探究植物对镍毒性的响应为主,少数关注镍剂量对产量的影响和镍缓解生物胁迫的作用。实验设计方面,部分研究未提供设计信息,已有的设计中完全随机设计、完全随机析因设计和随机区组设计都有应用。实验多在温室进行,以土壤为生长介质,也有使用基质和水培的情况。种子处理方式多样,镍的应用方式包括溶液、叶面、种子、土壤和基质施用等。研究还涉及镍与其他物质的相互作用,其中微生物与镍的相互作用研究较多,常见微生物有根瘤菌属(Rhizobium)和慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium) 。
生理指标研究中,“色素和光系统 II”“耐受机制 - 酶促” 和 “氮代谢” 等变量在多数研究中被关注,但 “根瘤和生物固氮”“碳代谢” 和 “气体交换” 等数据较少。例如,气体交换中,研究对光合速率、蒸腾速率等指标的关注有限,水利用效率(WUE)研究更是不足。碳代谢方面,许多化合物在研究中仅出现一次,镍对碳代谢和光合作用的影响机制尚不明确。氮代谢中,虽然镍与脲酶关系密切,但在氮固定相关研究中,许多关键指标(如固氮酶)研究较少,根瘤数量等简单指标也未得到足够重视。
综合来看,这项研究揭示了当前镍对豆科植物影响研究的现状与不足。多数研究聚焦镍毒性,对其他方面关注不够。研究物种和地域存在局限性,实验设计和生理指标研究也有待完善。未来研究应扩大物种范围,关注孤儿作物,加强不同地区研究,深入探究镍对植物生理过程的影响机制,这将有助于优化农业管理策略,提高作物在逆境中的适应性,为可持续农业发展和生态环境保护提供有力支持。
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