镉在北京褐潮土中对玉米幼苗及其根际微生物的毒性效应

通过温室盆栽实验,研究了镉在北京褐潮土中对玉米(品种郑单958)幼苗的毒性效应及其生物富集特性,并通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,探讨了镉对玉米根际微生物群落结构的影响。结果表明,高浓度(>100mg·kg-1)镉对玉米幼苗的生长发育有明显的抑制作用,北京褐潮土中镉引起玉米幼苗株高下降1/2的效应浓度(EC50)为654.6mg·kg-1,引起玉米根部和地上部干质量下降1/2的EC50分别为323.6和110.2mg·kg-1,玉米幼苗地上部生物量(干质量)可作为评价重金属生态毒性的适宜终点。玉米幼苗对镉有一定的吸收累积效应,镉在玉米幼苗各组织中的浓度分布为根>茎>叶,其中根部对镉有一定的富集作用(生物富集系数BAF>1)。镉污染可引起玉米根际微生物群落结构发生改变,高浓度(1000mg·kg-1)镉可导致部分微生物种群数量减少甚至完全消失,表明镉污染可对植物幼苗、植物根际微生物以及植物-微生物之间的相互作用造成重要的干扰和威胁。     

镉超富集植物商陆及其富集效应

超累积植物筛选是重金属污染土壤植物提取修复的基础和核心问题,同时也是污染环境植物修复的难点及前沿。对株洲市铅锌冶炼厂生产区生长的8种不同的植物进行了采样和调查。通过生物量测定和植物体内镉质量分数分析,发现商陆(Phytolaccaacinosa)体内镉质量分数较高,生物量大,且呈现地上部的质量分数大于地下部的规律。通过室外盆栽模拟试验,进一步研究商陆对土壤中镉污染的忍耐、积累能力,以检验这种植物修复Cd污染土壤的可能性及其潜力。结果表明,在Cd污染水平大于50mg·kg-1条件下,商陆茎及叶的Cd含量分别超过了100mg·kg-1这一公认Cd超积累植物应达到的临界含量标准,其地上部Cd含量大于其根部Cd含量,且地上部Cd富集系数大于1。与对照相比,植物的生长未受到抑制,商陆对Cd的富集符合Cd超积累植物的基本特征。同时,利用吸收量系数对商陆的镉去除能力和富集特征进行了评价判断,证实商陆是一种Cd超积累植物,这为镉污染土壤的植物修复提供了一种新的种质资源。     

接种丛枝菌根真菌(Glomus mosseae)对旱稻吸收砷及土壤砷形态变化的影响

采用接种和不接种菌根真菌(Glomus mosseae)两种模式,研究了菌根真菌对旱稻中砷积累的影响。结果表明接种菌根真菌能够明显提高旱稻地上部磷的含量(对照0.84g·kg-1,接种2.23g·kg-1)和地下部(对照0.76g·kg-1,接种1.04g·kg-1)对磷的吸收;降低地上部(对照2.40mg·kg-1,接种0.69mg·kg-1)和地下部(对照8.90mg·kg-1,接种4.87mg·kg-1)中砷的积累;提高磷从地下部向地上部的转运能力,从而有效抑制了砷从地下部到地上部的传输。进一步研究发现,菌根真菌还可以降低土壤溶液中AsIII和总砷含量,即菌根真菌能够降低水稻可获得的砷含量,从而减少砷对人体健康的威胁。     

忍冬--一种新发现的镉超富集植物

镉(Cd)是毒性最强的重金属元素之一,具有稳定、积累和不易消除等特性,进入土壤环境中易被植物吸收,并可通过食物链进入人体,在人体内不断积累,严重威胁人体健康及生命安全。植物修复技术(Phytoremediation)是近年来发展起来的一种主要用于清除土壤重金属污染的绿色生态技术。植物修复技术的核心是找到超富集植物(Hyperaccumulator),但现已知的超富集植物往往存在生物量低、生长缓慢、地域性较强和修复时间较长等缺陷,且研究对象多集中矿区及草本植物,而对木本植物的研究甚少,因此有必要针对这一问题开展相关研究以丰富超富集植物的种类。为此,本文采用水培和土培相结合的试验方法,研究木本植物忍冬Lonicera japonica Thunb.对不同浓度镉(Cd)的生长响应及积累特性。结果表明：不同浓度的Cd处理对忍冬的生长并未造成毒害症状,表现为其根部和地上部生物量与对照相比并无显著差异。无论水培还是土培生长条件下,在较高浓度的Cd处理下,忍冬仍能保持正常生长,表现出很好的耐性。在水培条件下,当营养液中Cd处理浓度为25 mg·L-1时,忍冬地上部中Cd含量接近300.00μg·g-1;而在土培条件下,当土壤中Cd处理浓度为50 mg·kg-1时,其地上部中Cd含量仍远远高于Cd超富集植物的临界含量标准,即地上部分富集Cd超过100μg·g-1,且其具有较高的耐性系数（index of tolerance,IT均超过0.80）和富集系数（bioaccumulation factor,BF均远超过1.00）,这表明忍冬具备了Cd超富集植物的特征,是一种新发现的Cd超富集植物,将其应用于Cd污染土壤修复具有重要的现实意义。     

玉米（Zea mays）对镉积累与转运的品种差异研究

通过田间实验,研究了25个玉米（Zea mays）品种在Cd质量分数为50 mg·kg-1胁迫条件下,Cd对不同玉米品种生长的影响,以及不同玉米品种对Cd积累和转运的品种差异,以期筛选出Cd低积累玉米品种。结果表明：25个玉米品种的生物量和产量对Cd胁迫的响应,以及不同品种根、茎叶和籽粒对Cd的吸收、累积及转运能力存在显著差异（P＜0.05）。有20个品种生物量和19个品种产量下降;有2个品种籽粒的Cd质量分数超过了国家规定的食品卫生标准（≤0.1 mg·kg-1）,占供试品种的8.0%,所有品种茎叶的Cd质量分数均超过了国家规定的饲料卫生标准（≤0.5 mg·kg-1）,超标率为100%;25个玉米品种的富集系数范围为0.063~0.899、茎叶转运系数范围为0.038~0.554、籽粒转运系数范围为0.000~0.111,均小于1,其中有8个品种富集系数〉0.5,1个品种茎叶转运系数〉0.5,而所有品种的籽粒转运系数均〈0.5,说明玉米对土壤Cd仍有一定的吸收能力,但地下部向地上部转运能力以及由茎叶向籽粒的转运能力较弱;根据玉米生物量、产量、籽粒Cd含量以及对Cd的富集系数和转运系数等指标进行评价,认为云瑞8号、会单4号、路单7号3个品种可作为Cd低累积玉米品种,可在云南Cd重度污染土壤上推广种植。     

洞庭湖湿地Cd富集植物蒌蒿(Artemisia selengensis)的耐性生理机制研究

采用盆栽植株和外源Cd胁迫的方法,分别对不同生长期蒌蒿植株根、叶组织中的抗氧化酶活性、可溶性蛋白及MDA含量进行测定,以揭示蒌蒿在Cd胁迫下的抗氧化机理和耐受机制。研究结果表明,Cd胁迫对上述生理指标均有显著影响:≤20mg·kg-1的Cd处理可使幼苗期植株器官中的可溶性蛋白含量增加16.5%～19.1%,100mg·kg-1的Cd含量水平则导致其含量减少近30%,可溶性蛋白含量的变化与植株的生物量积累关系密切;3种酶活性在0～10mg·kg-1的Cd处理下未显示出明显变化,幼苗期植株CAT、POD活性在10～80mg·kg-1的Cd胁迫下增加明显,高于此浓度范围则使酶蛋白受到破坏而失活,中等含量水平(≤40mg·kg-1)的Cd处理经过长时间作用可使植株逐渐适应胁迫环境,胁迫强度较大的Cd处理可显著提高SOD酶的活性;Cd胁迫过程中植株MDA积累量不断增加。3种抗氧化酶活性的增强在蒌蒿植株耐受Cd胁迫方面能起到较好的防御作用。     

水稻镉高积累材料的筛选及其镉积累特征研究

由于当前土壤Cd污染问题日益严重,筛选获得水稻Cd高积累材料,研究水稻Cd高积累材料对Cd的积累特征,为Cd污染农田修复提供理论依据。采用Cd污染农田土壤进行大田试验,以56份水稻材料为研究对象,以水稻地上部生物量和Cd含量为筛选指标,筛选出水稻Cd高积累材料,并分析其Cd积累特征。(1)当大田土壤Cd含量为13.89 mg·kg-1时,56份水稻材料地上部Cd含量和Cd积累量在分蘖期(变异系数CV=44.05%和变异系数CV=50.21%)和孕穗期(变异系数CV=23.57%和变异系数CV=28.62%)均存在极显著差异。(2)以分蘖期和孕穗期水稻地上部Cd积累量、生物量和富集系数为筛选指标,采用聚类分析方法,当聚类距离为14.62(分蘖期)和12.48(孕穗期)时,将水稻材料按Cd积累能力由高到低划分为Cd高积累材料、Cd中积累材料和Cd低积累材料。(3)Cd高积累材料地上部和整株生物量在分蘖期和孕穗期均显著大于Cd中积累材料,其在孕穗期地上部和整株生物量分别达835.66和994.59 g·m-2。Cd高积累材料地上部Cd积累量在孕穗期显著高于Cd中积累材料和Cd低积累材料;其整株Cd积累量在分蘖期和孕穗期均显著高于Cd中积累材料和Cd低积累材料。(4)Cd高积累材料在分蘖期和孕穗期富集系数和转移系数均大于Cd中积累材料和Cd低积累材料。通过筛选得到的水稻Cd高积累材料(GR泸17/548//泸17_9、GR548/明63//527_1、GR泸17/IRBN95-199_1、GR泸17/548//泸17_7、GR泸17/IRBN92-332//泸17_1、GR泸17/548//泸17_3、GR泸17/IRBN92-332//527_8)具备Cd富集植物的特征,可用于Cd污染农田土壤的修复。     

两种通气组织不同的水稻品种根表铁膜的形成及砷吸收积累的差异（Differences of Iron Plaque Formation and As Accumulation between Two Rice Cultivars with Different Aerenchyma Tissue）

采用土壤盆栽试验方法,比较了两种通气组织结构不同的水稻品种(扬稻6号和农垦57)根表铁膜的形成及其吸收积累As的差异.结果表明,通气组织结构不同对水稻根表铁膜的形成及其对As的吸收积累有显著影响.通气组织结构发达的扬稻6号根表铁膜数量和铁膜中As含量均显著高于农垦57,扬稻6号根表铁膜量为431.53g·kg-1,铁膜中As含量达到220.2mg·kg-1,分别是农垦57的1.3和1.7倍.发达的通气组织结构显著抑制了As由水稻地下部到地上部的转运以及地上部对As的吸收:扬稻6号地上部As含量为10.77mg·kg-1,显著低于农垦57(12.85mg·kg-1);扬稻6号对As的转移系数(TF)为0.067,仅为农垦57的73.6%.     

不同Cd积累能力大白菜吸收转运Cd的差异性

通过土培(土壤投加3 mg·kg-1 Cd,生长42 d后收获)和水培试验(先无Cd培养30 d,再转入5μmol·L-1 Cd营养液中分别培养18 d,10 d,10 d后再无Cd培养8 d,再收获),研究2个不同Cd积累能力的大白菜(Brassica pekinensis L.)品种(北京小杂55和北京小杂60)吸收和转运Cd的差异,为通过农艺技术措施调控作物Cd积累提供依据。结果表明,在土培和水培条件下,两个白菜品种吸Cd能力表现不同,土培条件下存在显著差异(P0.05),高积累Cd品种北京小杂55地上部Cd含量比低积累Cd品种北京小杂60高出126%,而水培条件下无显著差异;水培条件下,北京小杂55的转运系数平均比北京小杂60高0.11,且随着生长时间的延长,转运系数增大。2个白菜品种地上部不同叶段Cd含量变化规律均表现为由老叶向新叶逐级递减,但北京小杂55叶片中的Cd主要分配在老叶(平均50.6%),而北京小杂60叶片中的Cd主要分配在中叶(平均42.7%),且北京小杂55将Cd分配到新叶的能力高于北京小杂60。北京小杂55地上部的高Cd积累主要是由于根部吸收土壤Cd能力和从根向地上部的转运能力高所致,控制高积累Cd白菜品种北京小杂55地上部Cd含量应从控制其对土壤Cd吸收和由根向地上部转移这两方面进行。     

锌胁迫下宽叶山蒿的耐性与富集特征

采用室内盆栽试验研究宽叶山蒿(Artemisia stolonifera)在Zn胁迫条件下的耐性和富集特征.结果表明,当w(Zn)≤500 mg·kg-1时,宽叶山蒿株高、根长和生物量均先随土壤中Zn浓度的升高而增加,之后则随Zn浓度的升高,Zn对宽叶山蒿的胁迫作用渐趋明显.与对照相比,当w(Zn)为1 500～3 500 ng·kg-1时,宽叶山蒿根部POD活性显著增大,当w(Zn)为3 500 mg·kg-1时,根部CAT活性显著增大;而叶片POD和CAT活性整体变化较不明显.宽叶山蒿根部和地上部w(Zn)最大值分别为999和3214mg·kg-1,对Zn的最大富集量分别为3.40和17.33 mg·盆-1.宽叶山蒿地上部对Zn的富集系数和迁移系数分别为0.26～0.82和0.65 ～1.05.可见,宽叶山蒿是一种对Zn具有较强耐性和富集潜力的植物,可用于Zn污染土壤的修复.     

镉对不同生态型水稻的毒性及其在水稻体内迁移转运

采用溶液培养方法研究镉(Cd)对两种不同生态型水稻的毒性影响以及Cd在水稻体内的转运.结果表明,粳稻品种杨辐粳7号比籼稻品种K优818对Cd毒害反应更敏感.两种生态型水稻品种的根系对Cd的吸收积累差异比较大,在10 μmol·L-1 Cd浓度下生长3～14 d,杨辐粳7号根系中Cd浓度比K优818高44.5％ ～ 99...     

Cadmium accumulation characteristics of floricultural plant Cosmos bipinnata*

The artificially high soil cadmium (Cd) concentration screening method was used to screen Cd-hyperaccumulators from floricultural plants. Among the five species of floricultural plants screened, Cosmos bipinnata showed the characteristics of Cd-accumulators. A pot experiment was conducted to further study Cd accumulation characteristics of C. bipinnata. The results showed that the biomass, chlorophyll content, superoxide dismutase activity, peroxidase activity and soluble protein content of C. bipinnata first increased and later decreased with the increase in soil Cd concentration, but the carotenoid content and catalase activity of C. bipinnata reduced. Cd contents in roots, stems, leaves and shoots of C. bipinnata increased with increasing soil Cd concentration. When the soil Cd concentration was 50?mg?kg^?1, the Cd content in shoots was up to 112.62?mg?kg^?1, which was higher than the Cd-hyperaccumulator critical value. The root and shoot bioconcentration factors exceeded 1 in various Cd treatments, but the translocation factors were less than 1. When the soil Cd concentration was 50?mg?kg^?1, the Cd accumulation in shoots achieved the maximum of 224.30?μg plant^?1. Therefore, considering the tolerance and accumulation of Cd, C. bipinnata is a Cd-accumulator that could be used to remediate Cd-contaminated urban soil.     

Effects of Cadmium on Nutrient Uptake and Translocation by Indian Mustard

Plants that hyperaccumulate metals are ideal subjects for studying the mechanisms of metal and mineral nutrient uptake in the plant kingdom. Indian Mustard (Brassica juncea) has been shown to accumulate moderate levels of Cd, Pb, Cr, Ni, Zn, and Cu. In this experiment, 10 levels of Cd concentration treatments were imposed by adding 10–190 mg Cd kg^–1 to the soils as cadmium nitrate [Cd(NO₃)₂]. The effect of Cd on phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), and the micronutrients iron (Fe), manganese (Mn), copper (Cu), and zinc (Zn) in B. juncea was studied. Plant growth was affected negatively by Cd, root biomass decreased significantly at 170 mg Cd kg^–1 dry weight soils treatment. Cadmium accumulation both in shoots and roots increased with increasing soil Cd treatments. The highest concentration of Cd was up to 300 mg kg^–1 d.w. in the roots and 160 mg kg^–1 d.w. in the shoots. The nutrients mainly affected by Cd were P, K, Ca, Fe, and Zn in the roots, and P, K, Ca, and Cu in the shoots. K and P concentrations in roots increased significantly when Cd was added at 170 mg kg^–1, and this was almost the same level at which root growth was inhibited. Zn concentrations in roots decreased significantly when added Cd concentration was increased from 50 to 110 mg kg^–1, then remained constant with Cd treatments from 110 to 190 mg kg^–1. However, Zn concentrations in the shoots seemed less affected by Cd. It is possible that Zn uptake was affected by the Cd but not the translocation of Zn within the plant. Ca and Mg accumulation in roots and shoots showed similar trends. This result indicates that Ca and Mg uptake is a non-specific process.     

铜-磺胺嘧啶复合胁迫对蔬菜种子发芽的急性毒性效应

研究了黄潮土中常用兽药磺胺嘧啶(SD)与重金属铜(Cu)单一及复合污染对小白菜和西红柿种子发芽(发芽率、根伸长、芽伸长)的影响,分析了土壤中药物浓度与作物生长抑制的剂量-效应关系及复合污染的毒性效应。结果表明,无论是在Cu或SD单一污染物作用下,根伸长和芽伸长抑制率与污染物浓度显著相关(P0.01),发芽抑制率与污染物浓度不相关(P0.05);污染物对根伸长及芽伸长的抑制高于对种子发芽的抑制;SD对2种作物的毒性效应明显强于Cu,SD对小白菜和西红柿根伸长的ID50(抑制率为50%时污染物浓度)分别为1.7和33.6 mg·kg~(-1),而Cu为273.6和457.7 mg·kg~(-1)。Cu-SD复合污染,对西红柿的根和芽伸长的拮抗作用显著(P0.01);但对小白菜来说,在低浓度Cu(100 mg·kg~(-1))作用下,二者的联合拮抗作用不显著(P0.05),随Cu的增加,拮抗作用显著(P0.01)。     

环丙沙星对3种作物的毒性

为了研究环丙沙星对作物的毒性效应,为其可能对农业生产带来的风险提供评价依据,采用急性毒性实验方法,研究了环丙沙星对3种作物(玉米、萝卜和小白菜)种子发芽、根伸长及芽伸长的影响。结果表明,在环丙沙星作用下,3种作物的根伸长抑制率和芽伸长抑制率与药物浓度显著相关(P<0.05),发芽抑制率与药物浓度不相关(P>0.05);药物对根伸长及芽伸长的抑制高于对种子发芽的抑制;环丙沙星对玉米、萝卜和小白菜的根伸长和芽伸长的ID50(抑制率为50%时污染物浓度)分别为7.97、2.51、1.48mg·kg-1和11.23、2.90、1.95mg·kg-1,3种作物在环丙沙星的胁迫下,其敏感性顺序为:小白菜>萝卜>玉米。     

芹菜素对丙烯腈引起大鼠精子脂质过氧化和DNA损伤的影响

分析芹菜素(apigenin,AP)对丙烯腈(acrylonitrile,ACN)引起的大鼠精子脂质过氧化和DNA损伤的影响,并探讨其可能的机制。将50只SPF级SD成年雄性大鼠随机分为阴性对照组(玉米油)、ACN组(50 mg·kg~(-1)ACN)、低AP组(50 mg·kg~(-1)ACN+234 mg·kg~(-1)AP)、高AP组(50 mg·kg~(-1)ACN+468 mg·kg~(-1)AP)、N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine,NAC)组(50 mg·kg~(-1)ACN+300mg·kg~(-1)NAC),以5 m L·(kg bw)~(-1)灌胃染毒,1次·d~(-1),6 d·周~(-1),连续13周。检测大鼠精子活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性以及精子DNA损伤情况。结果发现,ACN组、低AP组、高AP组、NAC组精子ROS、MDA含量显著升高,SOD活力显著降低,精子尾部DNA含量百分比、尾长、尾距、Olive尾距均显著增高于对照组(均P0.05);而低AP组、高AP组、NAC组精子ROS、MDA含量、SOD活性和精子DNA损伤情况与ACN组相比差异均无统计学意义(P0.05)。提示ACN可引起大鼠精子脂质过氧化和DNA损伤,而AP、NAC对其无干预作用。     

重金属积累对土壤酶活性的影响

研究了华北平原某铅冶炼厂附近农田33个土壤样品中重金属积累对土壤酶活性的影响。结果表明,样品中Pb和Cd全量的平均值分别为144和5.59mg·kg-1,DTPA态Pb和Cd含量平均值分别为54.1和0.964mg·kg-1,均超过了未污染农田潮土的正常范围,而Cu、Ni和Zn的有效性和全量与未污染土壤接近;土壤过氧化氢酶活性与DTPA态Pb和Cd含量、全Pb含量均呈显著的负线性关系(P<0.01);与磷酸酶和脲酶相比,土壤脱氢酶活性更易受到土壤中Pb和Cd积累的影响;随DTPA-Ni含量增加,土壤蛋白酶和碱性磷酸酶活性增加(P<0.1);土壤脲酶活性与重金属全量或有效态重金属含量无显著相关性(P>0.1)。以上结果说明,利用土壤过氧化氢酶和脱氢酶活性能够表征基本性质较为一致的土壤中重金属污染程度;与重金属全量相比,有效态重金属对土壤酶活性影响更大。     

Growth and Cd accumulation of two halophytes and a non-halophyte grown in a non-saline and a saline soil with different Cd levels

Two halophytes, Salicornia europaea and Atriplex verucifera, and the non-halophyte Chenopodium album were grown in pots on sodic and non-sodic Iranian soils spiked with up to 100 mg Cd kg^?1. The halophytes grew best on the sodic soil in the absence of Cd spiking, while C. album performed better on non-sodic soil. Cadmium spiking reduced the growth of all plants, with Cd tolerance decreasing in the order S. europaea>A. verucifera>C. album. The observed order of Cd tolerance corresponds to the abilities of the plants to tolerate sodic soil properties. The variation of Cd concentration in shoots in response to sodicity was related to different mechanism, including dilution (C. album) Cd solubilisation by Ca²⁺ (S. europea) and Ca²⁺ competition for uptake and translocation of Cd (A. verucifera). Improved understanding of these complex interactions will help to design phytoextraction technology for Cd-polluted soils in arid regions.     

2个镉耐性差异箭舌豌豆品种中镉的化学形态及亚细胞分布

通过溶液培养实验,研究了镉胁迫下2个箭舌豌豆(Vicia sativa)品种(镉耐性品种L3,镉敏感品种ZM)中镉的积累、镉的亚细胞分布和化学形态以及非蛋白巯基化合物(NPTs)的响应。结果表明2个箭舌豌豆品种根较地上部积累更多的镉。镉在箭舌豌豆根、茎和叶中主要分布于可溶性组分,敏感品种ZM根中可溶性组分的镉含量和占总镉的比例显著高于耐性品种L3。细胞壁结合镉占总镉的比例在2个品种中均为叶>茎>根。镉在箭舌豌豆根和茎内主要以去离子水(d-H2O)提取态和1 mol·L-1氯化钠(Na Cl)提取态存在,ZM根中d-H2O提取态镉的含量和比例显著大于L3。箭舌豌豆叶中镉主要以2%醋酸(HAc)提取态存在。ZM叶中80%乙醇提取态镉的比例大于L3,0.6 mol·L-1盐酸(HCl)提取态镉和残渣态镉的比例小于L3。2个品种根和茎中NPTs的含量在镉胁迫下显著升高,ZM根中NPTs的含量显著大于L3。研究结果表明,箭舌豌豆镉解毒的主要机制包括限制镉由根部向地上部转运和液泡隔离。此外,根和茎中镉与有机酸结合和NPTs螯合,叶中镉以移动性低、毒性低的形态存在也是箭舌豌豆镉解毒的重要机制。ZM较L3根中更多镉以移动性高的形态存在,L3较ZM叶中更多镉以难移动的形态存在,是L3较ZM具有更高镉耐性的重要原因。