小飞扬草(Euphorbia thymifolia L.)中镉的亚细胞分布及化学形态

采用差速离心法和逐步提取法,分析Cd超积累植物小飞扬草根、茎、叶中Cd的亚细胞分布和化学形态.培养液中Cd浓度5mg/L和10 mg/L条件下,在小飞扬草根、茎、叶中,细胞壁和细胞膜是Cd主要的结合场所,含量分别占总量的47.1％～49.0％、39.7％～41.4％、42.9％～56.2％,其次是胞液组分,含量分别占37.5％～41.4％、28.2％～40.7％、35.2％～46.8％,细胞器组分中Cd含量较少.Cd在小飞扬草根、茎、叶中均以氯化钠提取态为主,含量分别占70.5％～84.8％、72.4％～83.0％、50.0％～74.8％.根部各提取态含量依次为CNaCl＞CHAC＞CEtOH＞CHCl＞CW＞CR,茎、叶中各提取态含量依次为CNaCl＞CHCI＞CHAC＞CEtOH＞CW＞CR.在小飞扬草中,Cd与细胞壁和细胞膜中的果胶酸和蛋白质等物质结合固定,而进入细胞的Cd大部分与有机酸络合而隔离于液泡内,这可能是小飞扬草忍耐并超积累Cd的机制.     

铅锌尾矿污染区3种菊科植物体内重金属的亚细胞分布和化学形态特征

通过实地调查分析广西阳朔某铅锌尾矿污染农田自然生长的3种常见菊科植物野艾蒿、胜红蓟和野茼蒿体内的重金属含量,并采用差速离心与化学试剂提取法分析重金属在植物中的亚细胞分布及其存在的化学形态,探究菊科植物对重金属的积累、耐性特征和机制.结果表明,污染区土壤受Cd、Pb、Zn这3种重金属污染严重,其含量分别比国家土壤环境二级标准(GB 15618-1995)超标37.7、5.7和8.9倍,植物体内Cd、Pb和Zn含量都超过正常范围.野茼蒿和胜红蓟对Cd具有较强的迁移能力和富集能力,适用于Cd污染土壤的生态修复.此外,野茼蒿的茎和叶中Cd的含量分别为159.6 mg·kg~(-1)和219.5mg·kg~(-1),超过Cd超富集植物的临界标准,可见野茼蒿完全具有Cd超富集植物的基本特征,是Cd超富集植物.3种菊科植物地下部和地上部的Cd、Pb和Zn主要分布在液泡可溶组分和细胞壁中,而在细胞器中的分布较少.植株中大部分的重金属以迁移性较低的氯化钠提取态、醋酸提取态和盐酸提取态存在.因此,液泡区隔化、细胞壁固持和重金属以低活性的化学形态为主可能是3种菊科植物应对重金属胁迫的重要耐性机制.与野艾蒿相比,胜红蓟和野茼蒿茎叶中的Cd更多地贮存在液泡中,且地上部"活性态"Cd的积累比例低于根系,这些很可能是胜红蓟和野茼蒿忍耐和富集镉的重要途径.     

不同Zn水平下辣椒体内Cd的积累、化学形态及生理特性

采用盆栽试验研究了重金属Cd(20mg·kg-1)污染下,叶面喷施不同浓度Zn(0、100、200、400、600μmol·L-1)对辣椒生长、叶绿素含量、抗氧化酶活性以及辣椒体内Cd形态和积累量的影响.结果表明,在Zn≤400μmol·L-1范围内,辣椒叶、茎、根、果实干重及叶片叶绿素a、b含量随Zn浓度不断增加而增加;高量Zn(600μmol·L-1)抑制了辣椒的生长、降低了叶片叶绿素含量.在Zn≤400μmol·L-1范围内,辣椒叶SOD和CAT活性随Zn浓度增加而降低,辣椒叶的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性在400μmol·L-1Zn时达到最低,当Zn400μmol·L-1时,SOD和CAT活性呈上升趋势.叶面喷施Zn使辣椒茎、根及果实中Cd含量分别降低了2.7%～5.4%、7.5%～28.1%和7.6%～21.8%.与对照相比较,叶面喷施Zn的辣椒果实Cd总提取量、氯化钠提取态Cd、去离子水提取态Cd以及乙醇提取态Cd含量分别降低了7.7%～21.8%、4.11%～23.6%、54.5%～66.8%和4.8%～86.7%,但醋酸提取态和残渣态增加了28.0%～68.0%和12.6%～25.0%.     

镉在三色堇中的积累及亚细胞与化学形态分布

通过营养液培养实验,研究了在不同Cd浓度(0、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4 mmol·L-1)处理下,三色堇地下部和地上部中Cd的含量与积累特征,进一步分析了Cd在三色堇体内的亚细胞分布特征和化学形态分布特征.结果表明,三色堇体内Cd积累量随着Cd浓度的增加而不断增加,对Cd具有很高的积累能力,是一种潜在的Cd超富集植物.三色堇地下部和地上部大部分的Cd分布在可溶组分和细胞壁中,而在细胞器中的分布较少.随着Cd处理浓度的增加,地下部细胞壁中镉的分配比例呈增加趋势.植株中大部分的Cd以乙醇提取态和水取提态存在,随着Cd处理浓度的增加,地上部中活性强、毒性较高的乙醇提取态和水提取态Cd分配比例总和减少,而活性较弱、毒性较低的氯化钠提取态和醋酸提取态Cd分配比例增加,这有利于降低总镉的相对毒性.因此,液泡区隔化、细胞壁固持和化学形态转化可能是三色堇应对Cd胁迫的重要耐性机制.     

施加盐基离子调控水稻Cd的吸收与累积

盐基离子含量是土壤肥力的重要指标,也是决定土壤Cd生物有效性的重要因素.为探明盐基离子对稻田系统中Cd迁移、转运与累积的影响,本研究通过水稻盆栽试验,按照土壤中盐基离子的物质的量比施加不同浓度梯度KCl、CaCl_2、NaCl和MgCl_2到模拟制备的轻度(0.5 mg·kg~(-1))和中度(1.5 mg·kg~(-1))Cd污染土壤,分析盐基离子对土壤CaCl_2提取态Cd含量和水稻吸收累积Cd的影响.结果表明:施加盐基离子能够增加土壤阳离子交换量(CEC),在轻度和中度Cd污染土壤中,土壤CaCl_2提取态Cd含量分别下降了24.6%～56.1%和17.0%～71.1%,糙米Cd含量分别降低了9.1%～60.5%和7.2%～36.0%.在轻度和中度Cd污染土壤中,糙米Cd含量与土壤CaCl_2提取态Cd含量之间存在线性正相关关系,根、茎、叶Cd含量与Ca含量均呈线性负相关.     

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.     

灌浆期镉胁迫下水稻Cd在组织细胞中的特征研究

土培试验,以籽粒Cd低积累水稻品种(越冬稻和R1088)和籽粒Cd高积累水稻品种(IR34582和太粳558)为试验材料,研究灌浆期水稻在Cd0(不加Cd)、Cd5(5 mg/kg)和Cd25(25 mg/kg)胁迫下Cd在其组织细胞中的特征,为培育Cd低积累水稻品种以及一定程度Cd污染农田的水稻安全生产提供科学依据。结果表明:(1)水稻各组织部位Cd含量均随Cd处理浓度的增加而增加,各组织部位Cd含量依次为根系﹥茎﹥叶鞘﹥叶﹥籽粒。(2)Cd胁迫下,Cd低积累品种越冬稻和R1088根细胞壁(F1)、细胞器(F2)、细胞膜(F3)和可溶部分(F4)Cd含量显著高于Cd高积累品种IR34582和太粳558,而茎、叶鞘和叶F1、F2、F3和F4 Cd含量却显著低于Cd高积累品种IR34582和太粳558。(3)Cd胁迫为Cd5时,TF_(根-茎)和TF_(茎-籽粒)分别均与F1和F4分配比例成极显著负相关和极显著正相关,相关系数分别为-0.947、-0.966和0.884、0.965(p0.01);而在Cd胁迫为Cd25时,TF_(根-茎)和TF_(茎-籽粒)与F1和F4分配比例也成极显著负相关和极显著正相关,相关系数分别为-0.786、-0.936和0.865、0.936(p0.01)。综上所述,Cd胁迫下水稻各组织Cd含量显著增加,且Cd含量、TF_(根-茎)、TF_(茎-籽粒)、TF_(叶鞘-籽粒)和TF_(叶-籽粒)在Cd高低积累水稻品种间存在显著差异,根和茎中细胞壁、可溶部分在Cd从根部向上及从茎向籽粒转运过程中起着重要作用。     

外源锌对不同番茄品种抗氧化酶活性、镉积累及化学形态的影响

采用盆栽试验研究了重金属Cd(10 mg·kg-1)污染下,叶面喷施不同浓度Zn(0、50、100、200和400μmol·L-1)对2个番茄品种‘4641’和‘渝粉109’生长、抗氧化酶活性及番茄果实Cd形态和积累量的影响.结果表明,喷施Zn后,番茄根、茎、果实干质量和植株总干质量以及体内Cd含量和积累量在2个品种之间的差异达到了显著水平(p0.05).外源Zn(≤200μmol·L-1)提高了2个番茄品种的果实、根、茎、叶及总干质量.随Zn浓度的增加,2个品种根CAT活性以及‘渝粉109’根POD活性先增加然后降低;2个品种根SOD活性则呈先降后升再降趋势.番茄果实中各形态Cd含量的顺序为:残渣态Cd(FR)盐酸提取态Cd(FHCl)氯化钠提取态Cd(FNaCl)乙醇提取态Cd(FE)醋酸提取态Cd(FHA c)去离子水提取态(FW).适量的Zn(≤200μmol·L-1)减少了2个番茄品种果实中各形态Cd含量,但高量Zn(400μmol·L-1)增加了‘渝粉109’果实中的FE、FR和‘4641’果实中FHCl及FR含量.Cd积累量为叶茎根或果实.叶面喷施Zn使番茄根、茎、叶和果实中的Cd含量分别降低了18.6%~41.7%、10.6%~36.7%、5.8%~21.5%和2.3%~12.7%.供试2个番茄品种,无论喷Zn与否,果实Cd含量和果实Cd积累量均为‘4641’‘渝粉109’,植株Cd总积累量则为‘4641’‘渝粉109’.     

镉在3种乔木中的积累及其亚细胞分布和化学形态研究

研究不同镉（Cd）浓度（0、25、50、100、200 mg·kg^-1）处理下,栾树（Koelreuteria paniculata）、臭椿（Ailanthus altissima）、银杏（Ginkgo biloba）3种乔木叶、枝、根中Cd的含量与积累特征,并分析Cd对其叶片超微结构的影响,探讨Cd在3种乔木叶片与根系中的亚细胞分布和化学形态特征.结果表明,3种乔木体内的Cd含量随着土壤Cd处理浓度的增加而增加,且主要积累在根部.栾树和臭椿各器官中的Cd含量显著高于银杏,表明栾树和臭椿对Cd的积累能力强于银杏.高浓度Cd处理下,栾树和臭椿叶片细胞结构损伤明显,细胞内出现大量黑色絮状物,且附着在细胞壁及细胞器的表面.而银杏叶片细胞无明显损伤特征,说明银杏对Cd的耐受性强于栾树和臭椿.3种乔木叶片中的Cd多存在于细胞壁或可溶性组分中,根系中的Cd多存在于细胞壁中,Cd在各组织的叶绿体、线粒体和细胞核等细胞器中分布较少.3种乔木叶片和根系中分别以移动性和毒性相对较低的HAc、NaCl提取态Cd分配比例最大.3种乔木各器官对Cd的积累能力与其叶片细胞中叶绿体与线粒体组分Cd占比有显著负相关关系,与叶片中HAc提取态Cd分配比例呈显著正相关性.     

覆膜对莴苣中重金属的影响及健康风险评价

通过田间对比试验,采用逐级提取技术,研究覆膜栽培方式对莴苣茎和叶中Cu、Fe、Cd总量和形态的影响及其健康风险评价。相比于不覆膜方式,覆膜栽培方式促进了土壤有机质的矿化和莴苣的生长,改变了重金属Fe和Cd向莴苣迁移的行为。覆膜方式对莴苣茎和叶中Cu的总量影响很小,但显著增加了莴苣茎中的Cd含量,降低了叶片中Fe的含量,平均增值为0.2 mg/kg和-150 mg/kg。形态分析结果表明覆膜栽培使莴苣茎中的水提取态Fe向盐酸提取态Fe转化,降低了其在茎中的生物活性,由此导致叶片部位总Fe以及盐酸提取态Fe和残渣态Fe的减少。覆膜组茎中Cd的活性并没有改变,其总Cd的增加归功于活性最低的残渣态含量的增加;而叶片中显著增加的乙醇提取态Cd由于占总量的比例很少,因此覆膜组叶片中总Cd并没有显著增加。参照食品安全国家标准,2种栽培方式下的莴苣叶中Cd总量均超标,存在食品安全问题,但以每日最大允许摄入量作为参考,莴苣各部位中3种元素的人均日暴露量均低于WHO推荐的ADI值2.4、42、0.06 mg/d。覆膜栽培方式对人体莴苣叶摄入量贡献率的影响较大,使Fe的贡献率降低了13.1%,而Cd的贡献率增加了6.53%,即增加了摄入Cd的潜在风险。