海州香薷根细胞壁对铜的吸附固定机制研究

海州香薷是铜耐性植物,细胞壁是其吸收积累铜的重要场所.本文利用细胞壁化学改性结合吸附动力学试验和红外光谱学研究了海州香薷根细胞壁及其组分对Cu2+的吸附动力学特征,以及它们吸附固定Cu2+的功能基团.吸附动力学试验表明,海州香薷根细胞壁对Cu2+吸附300 min后,吸附量已接近饱和水平,达到最大吸附量的90%左右;500 min时达到吸附饱和,饱和吸附量为5.85 mg·g-1.当细胞壁进行化学改性后,如氨水处理细胞壁使果胶变成低酯化的酰胺类果胶或者去除细胞壁中的纤维素,根细胞壁对铜的吸附量会显著降低.果胶和纤维素分别吸附了19.85%和25.48%的Cu2+,是细胞壁吸附固定Cu2+的两大主要组分.红外光谱研究也表明,在海州香薷根细胞壁吸附Cu2+的过程中,羟基、羧基和氨基是Cu2+的主要结合位点.其中,果胶为Cu2+的结合提供了羟基官能团,纤维素和半纤维素为Cu2+的结合提供了羧基官能团,而细胞壁蛋白提供了氨基官能团等结合位点.由此可见,根细胞壁及其各个组分对Cu2+具有较高的吸附固定能力,是海州香薷根系Cu耐性的重要机制.     

镉和铅对长柔毛委陵菜体内锌的亚细胞分布和化学形态的影响

通过营养液培养并采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法,分析了Cd和Pb及不同Zn盐对长柔毛委陵菜(Potentilla griffithii var.velutina)叶片、叶柄和根中Zn的亚细胞分布和化学形态的影响.结果表明,除对照外,长柔毛委陵菜体内46%～74%和16%～33%的Zn分别分布在细胞壁和可溶部分中;在所有处理中,细胞壁和可溶部分的Zn含量占总量的74%～95%,这说明细胞壁和可溶部分是Zn在植物体内的2个主要分布位点.与对照相比, Zn、Cd和Pb的添加使Zn在细胞壁的分配比例显著增加9%～38%(P<0.05),而可溶部分的分配比例则显著减少6%～40%(p<0.05).与单Zn处理相比, Cd和Pb虽然没有改变Zn亚细胞分布中"细胞壁>可溶部分>细胞核和叶绿体>线粒体"的格局,但增加了在细胞壁或可溶部分的分配比例,促进Zn向细胞壁或液泡中转移.Zn在长柔毛委陵菜体内以多种化学形态存在:在对照中植物各部位和单Zn处理的叶片中, Zn的乙醇提取态和水提取态所占比例达到61%～87%;在单Zn处理的叶柄和根中, Zn的氯化钠提取态和乙醇提取态占总量的62%～73%;在Zn/Cd和Zn/Pb复合处理中,氯化钠提取态、乙醇提取态和水提取态等3种化学形态占总量的70%～89%.Zn、Cd和Pb的添加大多提高了Zn的氯化钠提取态的分配比例,而降低乙醇提取态的分配比例,促进Zn向活性较弱的结合形态转移.这些结果表明细胞壁固持、液泡区隔化和活性较强化学形态的减少是长柔毛委陵菜在单Zn处理、Zn/Cd和Zn/Pb复合处理下耐Zn的主要机制.此外,不同Zn盐对长柔毛委陵菜的Zn亚细胞分布没有明显影响,而硝酸锌处理使Zn的乙醇提取态成为优势形态.     

秸秆还田对水稻镉积累及其亚细胞分布的影响

镉(Cd)是人类一级致癌物,大米食用是以大米为主食人群摄入Cd的主要途径.秸秆还田是秸秆处理中主要方式,在Cd污染稻田被广泛应用,其对水稻Cd吸收及水稻体内Cd的分布产生的影响不可忽视.本研究选用Cd水稻土,通过盆栽和大田试验分析了不同的秸秆还田用量(0.0%、1.0%、2.5%和5.0%)对Cd的亚细胞分布以及在水稻籽粒中积累的影响.结果表明水稻根细胞中的Cd主要分布在细胞壁中,占总Cd的86%~95%,茎叶细胞的细胞壁与可溶部分中的Cd含量相当,分别占总Cd的30%~51%和35%~61%.秸秆按1%和2.5%比例还田能显著提高根中Cd含量,以及细胞壁中Cd含量及其分配比例,并降低水稻体内Cd由根向茎叶转运;但5%的秸秆还田,分蘖期根中Cd含量和细胞壁中Cd含量显著降低,Cd由根向茎叶转运系数提高,灌浆期的根中Cd含量和细胞壁中Cd含量均显著提高,转运系数没有显著变化.大田试验前茬的水稻秸秆和油菜秸秆中Cd含量均较高,分别是0.49 mg·kg~(-1)和0.67 mg·kg~(-1);油菜秸秆单独还田或与石灰一起还田均没有显著影响水稻糙米或秸秆中Cd的积累;水稻秸秆单独还田也没有显著改变水稻糙米或秸秆中Cd的积累,但与石灰一起还田时能显著降低糙米和秸秆中的Cd积累;生物炭添加能显著降低水稻体内的Cd积累,且与石灰一起添加降Cd效果更显著.因此,当用Cd污染稻田前茬所产水稻秸秆还田时,建议与石灰一起添加可达到显著降Cd的效果.该研究将为Cd污染稻田的水稻安全生产与秸秆循环利用提供理论与实践指导.     

硫磺和放线菌强化植物修复土壤镉污染

为了强化耐受重金属镉（Cd）的植物包心芥菜对土壤中Cd污染的富集及转运效率,以包心芥菜为研究对象,向土壤中添加0.3%的硫磺和接种不同数量的放线菌Act12（0.5,1.0,1.5,2.0g/kg）,通过盆栽实验,研究不同处理间根际土pH值的变化规律、包心芥菜地上和地下部分Cd的积累量、植物抗氧化酶系的变化以及根系活力.结果表明：添加0.3%硫磺和2.0g/kg放线菌Act12后,根际土pH值下降最大,相比对照下降了14.5%.而添加0.3%硫磺和1.5g/kg的放线菌Act12,包心芥菜地上部分Cd的含量最高,转运系数最大,相比对照,Cd含量提高了79%,并且植物地上部分的干重最大.添加放线菌Act12对植物的抗氧化系统有积极作用,CAT、POD、SOD含量均在0.3%硫磺和1.0g/kg放线菌Act12的添加组合下达到峰值,放线菌Act12还可提高植物的根系活力,降低丙二醛的含量.综上表明,添加硫磺和放线菌Act12均可强化包心芥菜吸收土壤中Cd的能力,其中0.3%硫磺和1.5g/kg放线菌Act12的添加组合强化效果最佳.     

芹菜根细胞壁对镉的吸附固定机制及其FTIR表征研究

对芹菜根细胞壁Cd的吸附固定机制开展了相关研究.芹菜根细胞壁Cd吸附的动力学实验研究表明,根细胞壁经酯化改性处理后其对Cd的累积吸附量相对降低了42.6%,经氨基甲基化改性处理后其对Cd的累积吸附量相对降低了21.0%,经果胶酶改性处理后其对Cd的累积吸附量相对降低了40.5%.同时,利用傅立叶红外光谱技术表征了芹菜根细胞壁上Cd吸附位点的官能团信息.研究结果表明,Cd主要与细胞壁纤维素、半纤维素和木质素中的羧基官能团发生结合作用,同时,根细胞壁上的蛋白质和果胶质也参与了Cd的结合.     

肥料对土壤重金属有效态及水稻幼苗重金属积累的影响

为探究施用不同肥料对红黄泥和河沙泥农田土壤中Cu、Zn、Pb、Cd有效态含量的影响,通过盆栽试验,研究了施用7种肥料（猪粪、鸡粪、紫云英、商品有机肥、磷肥、复合肥、化肥）对土壤重金属有效态含量及水稻幼苗重金属积累的影响.结果表明:①红黄泥中复合肥处理能显著增加Zn有效态含量,比对照增加57.0%,猪粪处理显著降低了Cu、Pb、Cd有效态含量,比对照降低22.1%、13.4%、20.0%.②不同处理河沙泥中Cu有效态含量变化不显著,复合肥处理显著增加Zn有效态含量,比对照增加23倍,化肥处理显著增加Pb有效态含量,比对照增加31.6%,施用复合肥显著增加Cd有效态含量,比对照增加30.6%.③红黄泥中商品有机肥、紫云英处理显著增加水稻根Cd含量,且紫云英处理效果更明显,比对照增加1.92倍,猪粪、鸡粪、商品有机肥、磷肥处理均降低了水稻秸秆Cd含量,且商品有机肥作用更明显,比对照降低58.7%.④在河沙泥中商品有机肥、紫云英处理显著增加了水稻根Cd含量,且商品有机肥处理效果更明显,比对照增加4.27倍,猪粪、鸡粪处理均降低了水稻秸秆Cd含量,且鸡粪作用更明显,比对照降低29.2%.研究显示,不同处理土壤中Cu、Zn有效态含量差异明显;磷肥处理能显著降低红黄泥中Pb有效态含量,猪粪、鸡粪、紫云英处理可显著降低红黄泥中Cd有效态含量,复合肥处理能显著增加河沙泥Cd有效态含量;猪粪、鸡粪处理均能降低红黄泥和河沙泥中水稻秸秆Cd含量.      

铬胁迫下再力花的生长、铬积累及亚细胞分布

在小型模拟湿地系统开展盆栽实验,研究Cr(Ⅵ)胁迫对再力花(Thalia dealbata)的生长、各器官中Cr含量、积累量及其亚细胞分布的影响。结果表明,Cr胁迫下各器官生物量表现为:根>茎>叶,且在铬处理浓度为40 mg/L时各种生长指标(包括株高、根长、生物量)均达到最大。随着Cr胁迫浓度的增加,再力花根、茎、叶中Cr含量显著增加。在相同Cr浓度处理时,Cr含量和积累量总趋势为:根>茎>叶。再力花根、叶中Cr大部分存在于细胞壁、胞液中,少量分布在细胞器中,分布趋势为细胞壁>胞液>细胞器。然而,茎中Cr大部分存在于细胞器中(51.97%~61.19%),在细胞壁和胞液中较少。再力花对铬的耐性指数和滞留率随着Cr处理浓度的增加而显著上升,且Cr转运系数较低,根部对Cr的固持能力较强,而且地上部分(叶、茎)对铬的富集系数较高(最大值为3.05)。综上,再力花具有较强的铬积累力与耐受力,在修复水体重金属铬污染中具有潜在的应用价值。     

厌氧环境下美人蕉根表铁膜对重金属积累转运的影响

根表铁膜作为污染物进入植物体内的门户,对植物修复重金属污染底泥起着重要作用.有机物降解消耗DO导致的底泥厌氧环境会显著影响根表铁膜的形成,并改变重金属的生物地球化学特征,从而影响重金属污染底泥的植物修复效果.为了探讨底泥厌氧环境中植物根表铁膜对重金属积累和转运的影响,采用向底泥中投加蔗糖模拟底泥厌氧条件的方法,测定不同底泥厌氧水平下挺水植物美人蕉（Canna indica）的生物量、根表铁膜和植物组织内重金属的含量.结果表明:①底泥厌氧环境不利于美人蕉对Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的吸收,随着厌氧程度的增加,美人蕉对重金属的吸收量逐渐减少.②底泥厌氧环境能促进根表铁膜的形成及其对Cr和Ni的富集,重度厌氧环境中根表铁膜的含量为（10.40±0.30）g/kg（以根干质量计）,但厌氧环境抑制了铁膜对Cd、Pb和Zn的富集.③底泥厌氧环境不利于Ni从根表铁膜转运至植物组织,但轻度厌氧环境能促进Cr和Zn从根表铁膜转运至根系,且底泥厌氧环境对Cd、Pb和Cu的迁移转运无显著影响.研究显示,底泥厌氧环境促进了植物根表铁膜的形成,根表铁膜对重金属积累和转运的影响因底泥厌氧水平和重金属元素种类不同而不同.      

关键生育期施加外源锌灌溉水对水稻镉吸收转运的影响

选取湖南省浏阳市某镉（Cd）污染稻田进行田间试验,研究水稻关键生育期（孕穗期和灌浆期）施加外源锌（Zn）灌溉水对土壤交换态Cd含量、孔隙水Cd浓度以及水稻各部位Cd吸收转运的影响.研究结果表明：①关键生育期施加外源Zn灌溉水可抑制土壤中交换态Cd向孔隙水的释放过程,土壤中交换态Cd含量与对照相比无显著差异,但成熟期土壤孔隙水Cd浓度显著降低16.7%~57.6%.②关键生育期施加外源Zn灌溉水可有效降低水稻各部位Cd含量;其中在孕穗期前和灌浆期前均施加含Zn 20 mg·L^-1的灌溉水处理下（BF1）,水稻根、茎和糙米Cd含量分别显著降低56.0%、83.8%和85.2%.③相较于施加含Zn 100 mg·L^-1的灌溉水,施加含Zn 20 mg·L^-1的灌溉水各处理显著降低水稻对Cd的吸收与转运,水稻根-茎之间的Cd转运系数（TF）降幅为12.5%~56.3%,其中B1和BF1处理下达到显著水平.上述研究表明,施加外源Zn灌溉水显著降低水稻对Cd的吸收积累,在孕穗期前和灌浆期前均施加含Zn 20 mg·L^-1的灌溉水可有效实现Cd污染稻田安全生产.     

施硅对水稻铁膜砷固定和体内砷转运的影响

水稻铁膜对砷(As)的固定及其体内As的转运深刻影响着糙米中As的累积.施硅(Si)能够抑制水稻对As的累积,然而,施Si如何调控铁膜对As的固定和水稻各部位的As向糙米的转运,相关机制目前尚未十分清楚.以As超标土壤中的水稻铁膜为研究对象,通过开展不同Si处理水平的土壤盆栽试验,研究施Si对水稻根表铁膜固定As和各组织器官中As向糙米转运的影响及作用机制.结果表明,Si2(0.66 g·kg^-1)处理显著提高了水稻根系CAT(1.81倍)、SOD(7.98倍)和POD(1.25倍)酶活性,增加了铁膜中的DCB-Fe含量(44.35%),提高了铁膜的表面粗糙度(108.91%),导致铁膜的DCB-As含量明显升高(88.32%);而且,Si2处理显著增加了水稻根中As的累积率,降低了根和叶对As的转运能力,最终导致糙米中As含量的显著降低(53.12%).施Si增强水稻根表铁膜对As固定的原因可归结于Si促进铁膜的形成和增大铁膜的表面粗糙度,而施Si抑制根和叶中As向糙米的转运则可能与Si竞争水稻体内As的转运蛋白,促进As-巯基络合物形成以及增强As液泡区隔化等...     

亚硒酸盐对四种蔬菜生长、吸收及转运硒的影响

采用土培盆栽试验和室内分析相结合的方法,研究了添加不同含量外源亚硒酸盐对小白菜、芥菜、生菜和菠菜的生长、吸收及转运硒的影响.结果表明,低含量硒(＜3.81 mg·kg-1)对供试的4种蔬菜的生长均有促进作用,而高含量硒(＞29.91 mg·kg-1)却显著抑制蔬菜的生长,并对供试蔬菜的茎、根产生明显的毒害作用.同等硒添...     

叶菜类蔬菜对海藻碘的吸收与积累特征

以叶菜类蔬菜菠菜、大白菜、生菜、香菜、芥菜和雪菜为研究对象,利用海藻固体碘肥和海藻液体碘肥作为外源碘,在露天和大棚栽培条件下进行蔬菜植物碘强化的田间试验,通过分析蔬菜对碘吸收量的动态变化和碘在蔬菜各器官的分布和分配状况,研究了叶菜类蔬菜对外源碘的吸收与积累特征.结果表明,供试叶菜可食部分中碘的含量随着外源碘添加量的增加而增加;随着取样时间的延后,叶菜可食部分中碘的含量呈现出下降的趋势;喷施液体碘肥比土施固体碘肥更有利于叶菜对碘的吸收和积累,前者使吸收的碘大部分积累在叶面,后者则大部分积累在根部.     

地质高背景区外源污染叠加条件下大白菜对Cd、Pb、Zn累积途径探究

黔西北是喀斯特重金属地质高背景区,受历史上土法炼锌影响,区域内大气降尘重金属含量高,土壤污染严重.为探究叶菜类蔬菜重金属的累积途径,以大白菜为供试作物,选择Cd、 Pb和Zn含量一致的地质高背景土壤和锌冶炼污染土壤,在锌粉厂污染区和无污染对照区进行盆栽试验,研究露天、覆膜和大棚栽培条件下大白菜重金属含量、富集系数(BCF)和转运系数(TF).结果表明,污染区和对照区大白菜ω(Cd)范围分别在0.10～1.01 mg·kg^-1和0.10～0.91 mg·kg^-1,ω(Pb)为0.31～0.62 mg·kg^-1和0.23～0.37 mg·kg^-1,ω(Zn)为7.50～32.74 mg·kg^-1和4.88～21.79 mg·kg^-1,总体上污染区重金属含量偏高,在地质高背景土壤上种植的大白菜,Cd和Pb基本达到国家食品安全标准限值的要求.受大气沉降的影响,污染区大白菜Pb和Zn含量显著高于对照区,Cd差异不明显.污染土壤弱酸溶态Cd、 Pb和Zn占比分别为48...     

湛江市典型区域蔬菜硝酸盐和亚硝酸盐污染评价

在湛江市典型区域采集了14个蔬菜品种的28个样品,分析了样品中硝酸盐和亚硝酸盐的含量,对其污染状况及食用安全性进行了评价.结果表明:叶菜类硝酸盐含量普遍较高,有8个样品超标,根茎类和瓜果类硝酸盐含量均没有超标,而所有样品亚硝酸盐含量均较低.根据WHO/FAO规定的硝酸盐日允许摄入量换算得到的标准进行评价,青瓜、莲藕、葫芦瓜、花菜、包菜等品种食用较为安全,而萝卜、瓢瓜和生菜、大白菜等蔬菜经盐溃或煮熟后也可放心食用;但菜心、芥菜、通心菜、小白菜和油麦菜等蔬菜属于严重污染,食用可能会对人体健康带来风险.     

Endogenous nitric oxide mediates alleviation of cadmium toxicity induced by calcium in rice seedlings

The effect of calcium chloride (CaCl₂) on rice seedling growth under cadmium chloride (CdCl₂) stress, as well as the possible role of endogenous nitric oxide (NO) in this process, was studied. The growth of rice seedlings was seriously inhibited by CdCl₂, and the inhibition was significantly mitigated by CaCl₂. However, hemoglobin (Hb) and 2-(4-carboxyphenyl)-4, 4,5,5-tetramethylimidazolinel- oxyl-3-oxide (cPTIO) weakened the promotion effect of CaCl₂. The results of NO fluorescence localization suggest that growth accelerated by CaCl₂ might be associated with elevated NO levels. The content of Cd, protein thiols (PBT), and nonprotein thiols (NPT) in cell walls, cell organelles, and soluble fractions, respectively, of rice seedlings decreased considerably in the presence of CaCl₂, whereas the content of pectin, hemicellulose 1 (HC1), and hemicellulose 2 (HC2) increased significantly. Elimination of endogenous NO in Cd+Ca treatment could promote the transportation of Cd²⁺ to cell organelles and soluble fractions and increase the content of NPT and PBT in leaves. In addition, transportation of Cd²⁺ to cell organelles and soluble fractions was retarded in roots, the content of NPT increased, and the content of PBT decreased. With elimination of endogenous NO in Cd+Ca treatment, the content of pectin, HC1, and HC2 decreased significantly. Thus, Ca may alleviate Cd toxicity via endogenous NO with variation in the levels of NPT, PBT, and matrix polysaccharides.     

镉在不同土壤和蔬菜中残留规律研究

研究了镉在不同类型土壤和蔬菜中的残留积累规律.结果表明,含镉污水灌溉是造成农田土壤镉污染主要原因之一.土壤中镉残留量随污水镉浓度增加而增高.土壤镉含量与蔬菜中镉含量呈显著正相关.供试土壤及蔬菜可食部分镉的累积顺序为:粘土>壤土;壤土蔬菜>粘土蔬菜,小白菜(叶)>萝卜(根)>莴苣(茎)>辣椒(果)>豇豆(豆).     

四环素类抗生素对不同蔬菜生长的影响及其富集转运特征

本研究探讨了四环素类抗生素(TCs)对两种蔬菜生长的影响及其在蔬菜体内的富集和转运特征,以期为四环素类抗生素的植物毒性和对人体健康的风险评价提供理论基础.采用土培试验研究了不同水平(0、50和150 mg·kg-1)的四环素类抗生素(四环素TC、土霉素OTC、金霉素CTC)对生菜和小白菜生长、抗生素含量及其富集转运特征的影响.结果表明,TCs总体上抑制了生菜的生长,地上部和地下部鲜重分别较CK降低了1.56%~26.84%和17.36%~51.04%,小白菜地上部和地下部鲜重反而较对照提高了3.7%~7.3%和3.1%~82.2%.TCs在一定程度上增加了生菜和小白菜的气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr),抑制了生菜的净光合速率(Pn),Pn在TCs为150 mg·kg-1时较CK降低了32.43%~82.43%.TCs还抑制了生菜和小白菜的SOD活性,较CK降低了29.17%~223.12%,以OTC的抑制作用最强.生菜和小白菜的MDA含量在TCs为150mg·kg-1时达到最大值(生菜地上部除外).小白菜地上部和地下部TCs的含量均高于生菜,以CTC处理的小白菜和生菜TCs含量较高.种植生菜的土壤TCs残留量高于小白菜土壤,以OTC处理的土壤TCs残留量最高.小白菜对TCs的富集系数和转运系数分别是生菜的1.07~7.35倍和1.15~2.25倍.3种四环素类抗生素中以OTC和CTC的生态风险较大.     

Seedling growth and metal accumulation of selected woody species in copper and lead/zinc mine tailings

A greenhouse pot experiment was conducted to evaluate the potential of selected woody plants for revegetation in copper (Cu) and lead/zinc (Pb/Zn) mine tailing areas. Five woody species (Amorpha fruticosa Linn, Vitex trifolia Linn: var. simplicifolia Cham, Glochidion puberum (Linn.) Hutch, Broussonetia papyrifera, and Styrax tonkinensis) and one herbaceous species (Sesbania cannabina Pers) were planted in Cu and Pb/Zn tailings to assess their growth, root morphology, nutrition uptake, metal accumulation, and translocation in plants. Amorpha fruticosa maintained normal growth, while the other species demonstrated stress related growth and root development. Sesbania cannabina showed the highest biomass among the plants, although it decreased by 30% in Cu tailings and 40% in Pb/Zn tailings. Calculated tolerance index (TI) values suggested that A. fruticosa, an N-fixing shrub, was the most tolerant species to both tailings (TI values 0.92–1.01), while S. cannabina had a moderate TI of 0.65–0.81 and B. papyrifera was the most sensitive species, especially to Pb/Zn tailings (TI values 0.15–0.19). Despite the high concentrations of heavy metals in the mine tailings and plants roots, only a small transfer of these elements to the aboveground parts of the woody plants was evident from the low translocation factor (TF) values. Among the woody plants, V. trifolia var. simplicifolia had the highest TF values for Zn (1.32), Cu (0.78), and Pb/Zn (0.78). The results suggested that A. fruticosa and S. cannabina, which have the highest tolerance and biomass production, respectively, demonstrated the potential for tailings revegetation in southern China.