玉米幼苗对镉、菲单一与复合污染的生理生化响应

通过室内盆栽实验研究了玉米幼苗在镉、菲污染胁迫14 d后的生理生化响应,并探讨了镉、菲单一与复合污染对玉米幼苗的毒性效应及其致毒机制.结果表明,单一镉(0～50 mg/kg)污染时,镉处理对玉米幼苗地上部分和根系生物量以及可溶性蛋白都无显著影响;随镉处理浓度的增加,玉米幼苗叶片SOD酶活性表现为先增加后降低的趋势,而P...     

四环素与镉复合污染对水稻根系的影响

为阐明抗生素与重金属复合污染对水稻根系的影响机制,考察了四环素（TC）与镉（Cd）单一和复合污染条件下,水培分蘖期水稻根系生长、污染物积累和根系分泌物的变化特征.结果表明：TC与Cd单一处理时,根部生物量和叶绿素含量下降,表现出毒害作用,低剂量的TC与Cd共同作用能够缓解其毒性效应;TC与Cd单一/复合污染均使根的伸长和植株蒸腾量表现出低促高抑现象.水稻根系对TC和Cd的吸收积累呈现出显著的剂量效应,且两者共存会改变污染物的生物可利用性及在根系的亲和力,从而协同促进TC和Cd在水稻根系的吸收积累,但更多的TC会与Cd络合导致根系Cd吸收减少.TC与Cd单一污染可显著抑制根系分泌物的分泌,复合污染条件下,对根系分泌物的影响随浓度升高存在差异：低浓度时能在一定程度上缓解TC/Cd对光合作用的抑制作用,且伴随蒸腾作用的增加,水稻根系分泌物增多;而高浓度时根系细胞完整性可能受损,进而抑制根系分泌物的分泌.进一步分析发现,高浓度时,根系分泌物中氨基酸及衍生物类、有机酸类和糖醇类物质的分泌显著增加,可能是因为TC与Cd的络合作用使Cd的生物可利用性降低,缓解了高Cd胁迫对水稻的毒性,促进分泌有机酸类、氨基酸及衍生物类和糖醇类物质,增强自我防护作用.本研究结果可为保障水稻安全生产,建立有效控制抗生素-重金属类复合污染的根际调控措施提供参考数据.     

叶面喷施2,3-二巯基丁二酸对水稻幼苗镉吸收转运及抗氧化系统的影响

稻米Cd超标问题已成为社会各界广泛关注的热点问题之一,探索降低Cd向地上部转运并缓解水稻Cd胁迫的新方法,对保障食品安全具有重要意义.本研究拟通过在水稻幼苗叶面喷施2,3-二巯基丁二酸(DMSA)评估利用该重金属螯合剂降低Cd向水稻地上部转运并缓解Cd胁迫的可行性.以我国南方水稻主栽品种之一中早35幼苗为研究材料,采用水培法研究了叶面喷施不同浓度DMSA对Cd在水稻幼苗体内吸收转运的影响,同时考察了对水稻幼苗丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)含量以及对抗氧化酶过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响.结果表明,叶面喷施DMSA 0.2、 0.4和1.0 mmol·L~(-1) 4次后,水稻幼苗地上部Cd含量随着DMSA喷施浓度增加呈显著降低趋势, 3种处理浓度与对照相比分别降低22.1%、 39.7%和43.5%,但是对水稻幼苗根部Cd含量无显著影响;对地上部及根中K、Ca、Mg、Fe、Zn和Mn这6种矿质元素含量无显著影响;喷施4次DMSA后显著降低了幼苗地上部MDA和GSH含量,同时使CAT和SOD活性显著增加,有效缓解了Cd对水稻幼苗造成的胁迫效应.DMSA能抑制Cd从水稻根部向地上部转运,同时不影响对人体必需矿质营养元素的吸收和转运,具备成为水稻降Cd叶面调理剂的潜力.     

Cd-Cu-Pb复合污染对芥菜吸收Cd、Cu和Pb及矿质元素的影响

以十字花科的芥菜为材料,通过室内盆栽均匀设计试验,研究了Cd-Cu-Pb复合污染下芥菜对重金属的吸收转运特点以及对矿质元素吸收的影响. 结果表明:3种重金属在芥菜体内积累能力为Cd＞Cu＞Pb;芥菜对Pb、Cd有较强耐性,对高浓度Cu耐性不强. 土壤中重金属的含量是影响芥菜各部分重金属含量的主要因素之一;Cd可抑制芥菜对Pb的吸收和转移,促进Cu向芥菜地上部转移;Cd-Pb复合效应促进了Cd在芥菜体内累积;Cu抑制芥菜吸收Pb;Cu-Pb可促进Cd抑制Cu在芥菜各部的积累. 与对照相比,复合污染显著降低了芥菜对矿质元素的吸收累积,各处理芥菜对Mg、Fe和K的吸收转移特点显示出相似的规律,即地上部w(Mg)远大于地下部而w(Fe)和w(K)为地下部占优. Cd可极大促进芥菜对K的吸收而抑制对Fe的吸收,Cu则阻碍地下部对K的吸收;Cu与Cd-Pb复合效应可抑制K向地上部转移.      

镉和乙草胺复合污染对玉米生理特性的影响

采用盆栽试验,研究了镉与乙草胺复合污染对玉米幼苗MDA含量和抗氧化酶活性的影响。结果表明,镉单独处理,低浓度下MDA的含量变化不大,当镉浓度大于30 mg/kg时,MDA的含量急剧上升;超氧化物歧化酶SOD、CAT在浓度为30 mg/kg时活性达到最高,之后随浓度的增大,其活性逐渐降低;POD的活性随着镉浓度的增大逐渐升高,且100 mg/kg时达到最高。镉与乙草胺复合处理,低镉浓度下MDA的含量与对照组CK相比差异显著,处理浓度越大,MDA含量越高;SOD、CAT的活性变化趋势与单镉处理时相类似,但变化幅度更加明显;POD的活性则随着浓度的增大继续升高。镉与乙草胺复合处理对玉米幼苗的毒害程度要大于单镉处理,并且施加乙草胺的浓度越大,玉米受毒害程度越深。     

外源Fe调控根系微生物群落结构和功能对水稻Cd积累的影响

探究外源铁（Fe）在水稻镉（Cd）阻控效应方面的研究对保障粮食安全具有重要意义.通过水培实验,研究了3种Fe浓度（5、50和500 μmol·L^-1 EDTA-Na₂Fe）对水稻Cd的积累效应和根系微生物群落结构的影响.结果表明,环境Fe浓度的增加促使水稻根表铁膜的形成,缺Fe和Fe充裕情况下均会促进根表铁膜对Cd的吸附固定.和正常Fe相比,缺Fe促进根Cd和地上部Cd累积,分别增加了49.76%和15.68%;而Fe充裕促进了根Cd的积累,增加了18.39%,但显著降低地上部Cd的含量,降低幅度为35.95%.采用16S rRNA高通量测序测定根系微生物群落结构并通过PCA、LEfSe和RDA等分析方法发现,和正常Fe相比,缺Fe环境会降低根系微生物的丰富度和均匀度,在门水平下Proteobacteria和Bacteroidetes为优势菌群,缺Fe抑制Bacteroidetes相对丰度的增加,Fe充裕使Proteobacteria相对丰度降低.而在属水平功能微生物Ensifer、Rhodopila、Bdellovibrio和Dyella等的相对丰度在不同处理下发生改变,可能通过影响根表铁膜的形成和其他生化过程继而影响水稻对Cd的吸收和积累.并且缺Fe环境对微生物功能影响高于Fe充裕环境.为探寻不同Fe环境下调控水稻根系微生物的群落结构变化,以降低水稻对Cd的吸收转运能力,进而为Fe对Cd的阻控机制提供理论依据,并为我国南方稻田Cd污染治理提供重要参考.     

钒镉复合污染对水稻吸收积累镉、钒和磷的影响

采用溶液培养法研究钒与镉复合污染对水稻生长及其吸收积累镉的影响,以便弄清在钒与镉复合污染条件下水稻的生长情况.试验结果表明,钒镉复合污染可影响水稻的生长发育.在培养液镉浓度(1 0mg·L-1)不变的情况下,随着溶液中钒浓度的增加,水稻根长、根系和茎叶的干重不断减少.当溶液中钒浓度达到1 6mg·L-1和3 2mg·L-1时,水稻茎叶和根系干重减少分别达到显著水平(p<0 05).钒镉复合污染也影响水稻植株对磷、钒和镉的吸收与积累.当培养液中镉浓度不变时,随着溶液中钒浓度的增加,水稻根系和茎叶中的磷浓度不断降低,而钒含量却不断提高,根系比茎叶积累更多的钒.此外,钒可抑制水稻植株对镉的吸收与积累.     

镉对蓖麻耐性生理及营养元素吸收转运的影响

通过营养液栽培实验,研究了不同浓度Cd(0、25、50、100、200μmol·L-1)处理对能源植物蓖麻生长、生理特性、Cd积累以及营养元素吸收的影响.结果表明,200μmol·L-1的Cd处理使叶片、茎部鲜重和植株总鲜重分别下降了63.68%、55.21%和52.69%,根系鲜重则无显著变化;叶片过氧化氢和丙二醛含量分别提高了3.81和2.22倍,产生了明显的氧化胁迫作用;酸溶性巯基、还原型谷胱甘肽和植物络合素含量分别提高了1.73、12.63和1.62倍,GSH对于蓖麻Cd胁迫具有显著的缓解作用.根系Cd积累量和植株总积累量分别增加了3.15和2.41倍,蓖麻主要将Cd富集在其根系,有助于减轻Cd对地上部的毒害.Cd抑制蓖麻植株K和Ca的吸收,促进根系和茎部P吸收,高浓度Cd抑制P向叶片的转运;植株Zn和Cu含量、根系和茎部Mg含量表现为低促高抑,植株Mn含量及根系Fe含量表现为低抑高促.可见,Cd处理对不同营养元素的吸收有着不同的影响,应根据Cd胁迫条件下不同营养元素吸收特性来合理调控其供应.     

Zn、Cd单一及复合污染对黑麦草根分泌物及根际Zn、Cd形态的影响

采用根袋土培试验,研究了锌、镉单一及复合污染对重金属富集植物黑麦草生长、锌镉积累、根分泌物及根际Zn、Cd形态的影响.结果表明,锌镉共存下(8 mmol/kg Zn+2 mmol/kg Cd),黑麦草对锌、镉的吸收为协同效应;仅镉污染时(2 mmol/kg Cd),镉对植株吸收锌为抑制效应.黑麦草吸收的锌、镉主要集中在地上部,以锌、镉复合污染时植株地上部对锌、镉的富集量最大,分别达到3 108.72、73.97 mg/kg,具有作为土壤重金属锌、镉污染植物修复材料的潜力.根际的松结合态锌、镉（交换态、碳酸盐结合态和铁锰结合态）含量大于其非根际的松结合态锌、镉含量.Cd污染和Zn、Cd复合污染的根际和非根际土壤镉形态均以交换态>碳酸盐结合态>铁锰结合态>残渣态>有机结合态.Zn污染及Zn、Cd复合污染根际和非根际土壤各锌形态以铁锰结合态>碳酸盐结合态>残渣态>有机结合态>交换态,而Cd污染的根际和非根际的锌形态则以残渣态>铁锰结合态>有机结合态>碳酸盐结合态>交换态.Zn、Cd污染促进了黑麦草根系氨基酸的分泌,降低了根际土壤的pH值,以Zn、Cd复合污染根际土壤氨基酸总量最大,分别为对照、Zn和Cd污染的1.95、1.54和1.40倍,根际土壤的pH值最低(5.18).根际氨基酸含量在重金属胁迫下明显增加,可能与黑麦草适应重金属胁迫有关.根际pH值高于非根际是根际Zn、Cd有效性大于非根际的重要原因.     

镉超富集植物球果蔊菜对镉-砷复合污染的反应及其吸收积累特征

采用室外盆栽模拟方法,比较和分析了镉(Cd)-砷(As)复合污染处理对球果蔊菜(Rorippa globosa,十字花科焊菜属,1种从农田杂草中新发现的镉超富集植物)的生长及其对Cd、As吸收和积累特征的影响.结果表明,在低浓度Cd-As复合污染条件下,由于Cd、As的拮抗作用,从而促进植物的生长发育,同时也促进地上部对Cd的吸收和积累.在Cd-As复合污染处理浓度为10 mg/kg和50 mg/kg时,株高和地上部干重达到最大(分别为35.9 cm和2.2 g,盆),叶片中Cd积累量高于同浓度单一Cd处理.Cd-As复合污染高浓度处理表现出对球果蔊菜生长以及Cd的吸收和积累有协同的抑制作用.同时,球果薄菜根部对As的吸收能力大于其地上部,相应的富集系数≤0.3,转移系数≤0.6,说明球果萍菜对As有一定的排斥作用.这些结果表明,球果蔊菜有很强的忍耐Cd-As复合污染的能力,对修复Cd-As复合污染土壤具有一定的潜力.     

镧在小麦幼苗富集与幼苗营养生长的关系

通过暴露和暴露恢复试验研究低浓度稀土元素镧对小麦幼苗营养生长的影响.结果表明,幼苗暴露于0.5～25mg/L镧溶液,镧抑制幼苗根的伸长,降低茎叶和根系的干重,降低矿质元素Ca、Mg、Zn、Mn的含量;镧的植物富集速度及镧从根系向茎叶迁移速度与镧暴露浓度呈明显的对数关系.去除镧后,幼苗生长加快,生物量及根长增加,矿质元素含量升高,但已富集的镧主要在作物体内再分配,很难排出体外,且随作物的生长而逐步的稀释,但仍影响作物生长.幼苗中镧的富集量与幼苗相对干重呈负线性相关,幼苗根系生长比茎叶更容易受到溶液中镧抑制.     

Expression of sulfur uptake assimilation-related genes in response to cadmium, bensulfuron-methyl and their co-contamination in rice roots

The responses of sulfur （S） uptake assimilation-related genes＇ expression in roots of two rice cultivars to cadmium （Cd）, bensulfuron-methyl （BSM） and their co-contamination （Cd＋BSM） were investigated by gene-chip microarray analysis and quantitative real-time PCR （QRT-PCR） technology. Treatments of Cd and Cd＋BSM induced expression of sulfate transporter and permease genes, and promoted sulfate uptake in rice roots. Cd＋BSM could alleviate Cd toxicity to cv. Fengmeizhan seedlings, probably due to Cd＋BSM promoting greater S absorption by seedlings. Cd and Cd＋BSM induced expression of sulfate assimilation-related genes, and thus activated the sulfur assimilation pathway. Cd and Cd＋BSM induced expression of phytochelatin synthase and metallothionein genes, and induced expression of glutathione S-transferases （GSTs）, glutathione synthase （GS） and S- containing antioxidation enzyme genes, which detoxified Cd2＋. It is suggested that （to cope with the toxicity of Cd, BSM and their co-contamination） the S uptake and assimilation pathway was activated in rice roots by increased expression of related genes, thus enhancing the supply of organic S for synthesis of Cd or BSM resistance-related substances.     

Accumulation, transportation, and distribution of tetracycline and cadmium in rice

Co-exposure to heavy metal and antibiotic pollution might result in complexation and synergistic interactions, affecting rice growth and further exacerbating pollutant enrichment. Therefore, our study sought to clarify the influence of different Tetracycline (TC) and Cadmium(Cd) concentration ratios (both alone and combined) on rice growth, pollutant accumulation, and transportation during the tillering stage in hydroponic system. Surprisingly, our findings indicated that the interaction between TC and Cd could alleviate the toxic effects of TC/Cd on aerial rice structures and decrease pollutant burdens during root elongation. In contrast, TC and Cd synergistically promoted the accumulation of TC/Cd in rice roots. However, their interaction increased the accumulation of TC in roots while decreasing the accumulation of Cd when the toxicant doses increased. The strong affinity of rice to Cd promoted its upward transport from the roots, whereas the toxic effects of TC reduced TC transport. Therefore, the combined toxicity of the two pollutants inhibited their upward transport. Additionally, a low concentration of TC promoted the accumulation of Cd in rice mainly in the root tip. Furthermore, a certain dose of TC promoted the upward migration of Cd from the root tip. Laser ablation-inductively coupled plasma mass spectrometry demonstrated that Cd mainly accumulated in the epidermis and stele of the root, whereas Fe mainly accumulated in the epidermis, which inhibited the absorption and accumulation of Cd by the rice roots through the generation of a Fe plaque. Our findings thus provide insights into the effects of TC and Cd co-exposure on rice growth.     

Does copper reduce cadmium uptake by different rice genotypes？

A hydroponics experiment was conducted to investigate the effect of copper （Cu） on cadmium （Cd）, calcium （Ca）, iron （Fe）, and zinc （Zn） uptake by several rice genotypes. The experiment was carried out as a 2×2×4 factorial with four rice genotypes and two levels of Cu and Cd in nutrient solution. Plants were grown in a growth chamber with controlled environment. The results showed a significant difference between the biomass of different rice genotypes （P 〈 0.001）. The Cd and Cu concentration in the solution had no significant effect on the biomass. The addition of Cu significantly decreased Cd uptake by shoots and roots of rice （P 〈 0.001）. The Cd concentration did not significantly influence Ca uptake by plants, whereas the Cu concentration did （P = 0.034）. There was a significant influence of Cd on Fe uptake by shoots and roots （P 〈 0.001, P = 0.003, respectively）. Zn uptake decreased significantly as the addition of Cd and Cu increased in shoots. We concluded that Cu had significant influence on Cd uptake. The possible mechanisms were discussed.     

伯克氏菌Y4对水稻幼苗镉损伤和镉吸收的影响

为探明伯克氏菌Y4(Burkholderia sp.Y4)对镉(Cd)胁迫下水稻幼苗的生长和Cd吸收积累的影响及其作用机制,以水稻低Cd积累品种湘早籼24(X24)和高Cd积累品种T优705(T705)为材料,通过水稻种子萌发和幼苗试验,利用非损伤微测技术和原子吸收等检测方法,研究外源施加伯克氏菌Y4对Cd胁迫下水稻生...     

水稻幼苗对纳米氧化铜的吸收及根系形态生理特征响应

以纳米氧化铜nano-CuO(10, 100mg/L)为研究对象,以微米氧化铜micron-CuO(10, 100mg/L)及铜离子Cu2+(1.4, 2.3mg/L)为对照,通过水培实验,探讨水稻对nano-CuO的吸收积累及其根系形态和生理特征响应.结果表明,各浓度(10, 100mg/L)nano-CuO处理条件下,水稻根部及地上部铜含量(根351~1444mg/kg dw;地上部9~45mg/kg dw)总体高于micron-CuO处理(根248~817mg/kg dw;地上部1.57~1.60mg/kg dw)及Cu2+处理(根147~220mg/kg dw;地上部14~26mg/kg dw),且在水稻幼苗根及茎透射电镜图片中均观察到nano-CuO的存在,指示水稻可通过纳米颗粒的形式吸收、转运nano-CuO. Nano-CuO在水稻根细胞中主要存在于核内体中,指示内吞作用是其进入根细胞的主要方式. Nano-CuO对水稻幼苗根系有较强的毒性作用,对各根系形态指标的抑制率为28%~74%,其中总根长、根体积和比表面积为最敏感;nano-CuO的吸收累积及纳米效应是其水稻根系毒性的主要原因.低浓度nano-CuO (10mg/L)胁迫时,水稻幼苗根系活力显著提高,总吸收面积和活跃吸收面积无显著差异;高浓度nano-CuO (100mg/L)胁迫时,水稻幼苗根系活力和总吸收面积显著降低.