蓖麻对镉的耐性、积累及与镉亚细胞分布的关系

本研究以淄蓖麻3号为供试材料,通过营养液栽培实验,研究了不同Cd浓度(0、10、25、50、100、200、400μmol·L-1)对蓖麻生理特性、镉积累和亚细胞分布特征的影响,揭示镉细胞分布特征对镉耐性与积累的影响.结果表明,镉处理对蓖麻叶片丙二醛含量影响不显著,叶绿素含量则对镉具有较强的敏感性,可作为蓖麻镉耐性的评价指标.随着营养液镉含量的增加,蓖麻根、茎、叶镉含量均呈上升趋势,各器官镉含量呈现出根茎叶的分配特征,根系对镉具有较强的积累能力和滞留作用.镉在蓖麻根系和叶片各亚细胞组分的含量均为可溶组分细胞壁细胞器,随着镉胁迫的增加,蓖麻根系细胞壁中镉的相对含量呈增加趋势,可见液泡区隔化和细胞壁固持是蓖麻应对镉胁迫的重要耐性机制.镉在蓖麻体内的茎-叶转移系数为0.35~0.62,而根-茎转移系数仅为0.02~0.11,可见镉从根系向茎的转移能力较弱是降低蓖麻地上部镉富集的重要原因.统计分析表明,蓖麻根系镉的亚细胞分布特征对镉从根向茎的迁移转化能力有显著影响.根-茎转移系数随着根系细胞壁和细胞器镉分配比例的增加而递减,随可溶组分镉分配比例的增加而递增.     

扁穗牛鞭草对铬的吸收积累特征研究

采用盆栽实验法,研究不同浓度铬胁迫下扁穗牛鞭草(Hemarthria compressa)对Cr的吸收积累及生理特征.结果表明,在梯度实验中,植物体内的富集系数＞1.0,转移系数除对照组外都＜1.0.当铬处理浓度达80 mg/L时,根、茎和叶中铬的含量分别为1565.83 mg/kg、57.38 mg/kg和763.6...     

不同磷肥对水稻铅积累的影响及其机理

采用盆栽实验,研究外源添加过磷酸钙(SSP)、磷酸二铵(DAP)对于铅胁迫下水稻的生长、铅吸收和铅分布的影响.结果表明:在铅胁迫下,水稻根、茎叶、籽粒的生物量随着两种磷肥浓度的增大而增大,以施加DAP的水稻茎和叶生物量增幅最大,分别增加13.77%和44.17%.水稻体内铅大部分分布在细胞壁中,并随铅浓度的增加,两种磷肥提高了细胞壁对铅的固定能力,有效抑制了水稻对Pb的吸收,Pb在水稻体内的分布表现为根茎叶籽粒,其中SSP的效果大于DAP,施加SSP有效地降低了水稻籽粒Pb的含量.     

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。     

铜、铅在车前草中的亚细胞分配

通过盆栽试验研究了四川荥经县宝贝凼(BBD)和泸县(LX)车前草在铜(Cu)、铅(Pb)单元素污染处理下叶片中Cu和Pb的亚细胞分布特征.结果表明,BBD车前草生物量和富集Cu、Pb的能力均明显高于LX.不同处理下,BBD车前草各亚细胞组分中Cu和Pb含量变化特征为细胞器最高,细胞壁次之,胞液最低;;LX车前草各亚细胞组分中Cu和Pb含量变化特征为细胞壁最高,细胞器次之,胞液最低.BBD和LX车前草亚细胞各组分Pb含量均高于Cu.细胞器是细胞最重要的光合作用和呼吸作用的场所,结合Cu、Pb的能力较强,细胞壁对进入植物体内的Cu和Pb有极强的束缚作用,这可能是车前草能够解毒的重要原因.     

铬渣动态淋滤重金属铬溶解释放规律研究

为了全面系统地研究铬渣中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)溶解释放特征,以锦州和沈阳两地铬渣堆场为研究对象,通过动态淋滤试验,测定滤出液中Cr(Ⅵ)和总铬的质量浓度变化,分析铬渣淋滤液中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)溶解释放规律。试验结果表明,锦州新铬渣和沈阳陈铬渣淋滤过程中,Cr(Ⅵ)和总铬浓度都经历先迅速下降再缓慢下降的过程;相较锦州新铬渣,沈阳陈铬渣Cr(Ⅵ)和总铬浓度下降都较慢,且初始浓度也较低;相比Cr(Ⅵ)的溶出,两地铬渣Cr(Ⅲ)的溶出量均较少,Cr(Ⅲ)溶出占比呈波动性上升趋势;锦州新铬渣和沈阳陈铬渣的Cr(Ⅵ)和总铬溶出浓度随淋出液体积分别呈双指数曲线衰减关系和幂函数曲线衰减关系。试验成果将为防治铬渣对地下水污染提供科学理论依据。     

铜在拔节期小麦中的亚细胞分布

为了解小麦对Cu的解毒及耐性机制,通过盆栽试验并采用差速离心法研究了Cu在拔节期小麦根和叶片中的亚细胞分布。研究表明,在Cu胁迫下根和叶亚细胞组分中Cu含量随胁迫浓度的升高呈上升趋势,Cu主要富集在小麦根部,向地上叶片中输送较少,小麦根部Cu含量是叶片中的1.7~4.1倍。细胞质可溶性部分和细胞壁是Cu在小麦细胞内分布的主要位点,分别占总量的36%~81%和14%~48%,细胞器中分布较少,提高Cu胁迫浓度增强了细胞质可溶性部分对Cu的区隔化作用,减弱了细胞壁对Cu的固持作用,同时减少了Cu在细胞器中的分布;叶片细胞壁对Cu的固定作用较强,根部细胞质可溶性部分对Cu的区隔化作用较强。分析表明,细胞壁的沉淀和细胞质的区隔化作用对小麦对Cu的耐性起着重要的作用。     

黑麦草和牵牛花对铬耐受能力和积累效果的指标表征研究

目前土壤中重金属铬(Cr)污染严重,有效筛选植物修复资源迫在眉睫.本文通过盆栽试验分析了Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)胁迫下黑麦草(Lolium perenne L.)和牵牛花(Pharibitis purpurea(L.)Voigt)的生长、生理及Cr积累等指标,探究了两种植物对Cr耐受能力及积累效果.结果表明,生长指标能直观反映出Cr胁迫下植物的受害程度.低浓度Cr(Ⅲ)(250 mg·kg-1)促进植物生长,株高、根长和生物量显著升高(P0.05),而所有浓度Cr(Ⅵ)(≥25 mg·kg-1)均损害植物生长,且植物根长对Cr毒害更为敏感.植物生理指标既表征了Cr对植物的毒害程度,又可反映植物对Cr的耐受能力.Cr胁迫下,植物根系活力降低、丙二醛含量升高,对植物生理损害的表征具有代表性;而脯氨酸含量升高,既表征了植物的受害程度又提高了植物体内渗透平衡;SOD、POD活性升高,则增强了植物的抗氧化应激水平.Cr积累指标是筛选Cr积累植物的主要指标.黑麦草和牵牛花对Cr(Ⅵ)积累浓度大于Cr(Ⅲ),两种植物根部Cr(Ⅵ)积累浓度最高分别可达957.4 mg·kg-1和743.3 mg·kg-1,地上部最高可达394.7 mg·kg-1和340.4 mg·kg-1;黑麦草根部富集能力优于牵牛花,最大富集系数可达15.55,但牵牛花对Cr的转运能力较好.通过指标表征综合说明黑麦草和牵牛花可作为Cr污染土壤植物修复的备选植物.     

砷超富集植物蜈蚣草中磷和钙的亚细胞分布及其与耐砷毒的关系

为了在研究砷超富集植物蜈蚣草中磷和钙的亚细胞分布,并探讨其与蜈蚣草耐砷毒的关系进行了试验研究.结果表明,蜈蚣草吸收的磷主要分布在胞质组分中(平均占各部位总磷含量的44%以上),吸收的钙主要分布在细胞壁组分中(平均占各部位总钙含量的48%以上).与低钙(0.03和2.5 mmol·L-1)处理相比,高钙(5.0 mmol·L-1)处理时,根部的胞质组分和叶柄的细胞器组分中磷含量较高.各器官的亚细胞组分中钙含量随着介质中添加钙浓度的提高而增加.介质钙浓度过高会抑制蜈蚣草的生长.在加砷处理下,根部和叶柄细胞壁组分的磷含量有所减少,但地上部细胞器组分的磷含量及其含磷总量占植株含磷总量的相对比例、根部细胞壁组分的钙含量增加.蜈蚣草自主调节磷和钙的亚细胞水平分布可能是其耐砷毒的机制之一.     

草酸青霉SL2对高浓度铬污染土壤的生物淋洗及胞内铬形态转化研究

铬渣无序堆存造成的铬污染土壤迫切需要修复治理.本文以新筛选的功能微生物草酸青霉SL2(Penicillium oxalicum SL2)为材料,以重度铬污染土壤为研究对象,进行生物淋洗技术优化,并利用软X射线扫描透射显微光谱技术(STXM)及同步辐射X射线近边吸收结构谱学(XANES)分析淋洗后的草酸青霉SL2胞内铬空间分布化学形态.结果表明:分步处理并进行水洗预处理可明显提高草酸青霉SL2对高浓度铬污染土壤的总铬TCr淋出率(49.4%),淋出液中Cr(VI)在3 d内全部被还原;生物淋洗后,草酸青霉SL2胞内吸收累积了Cr(VI),部分被还原为Cr(III),两个价态的Cr在空间分布上具有一定的一致性;胞内铬形态主要为磷酸铬、草酸铬钾及半胱氨酸铬类化合物,其含量分别为46.9%、33.0%和20.1%.     

水泥窑协同处置Cr污染土壤过程中Cr的化学形态转化

为了对水泥熟料中的水溶性类Cr（Ⅵ）化合物从源头入窑废物控制以达到合理处置铬污染土壤的目的,以生料中Cr（Ⅲ）转化为熟料中Cr（Ⅵ）及水溶性Cr（Ⅵ）转化率为切入点展开探究。采用实验室模拟实验结合现场实验分别对含Cr污染土壤（CCS）中Cr元素煅烧前后质量平衡,Cr（Ⅲ）转化为Cr（Ⅵ）的转化率以及水溶性Cr（Ⅵ）的转化率进行研究。结果发现:Cr总量在煅烧前后基本未发生改变;在模拟煅烧实验中,Cr（Ⅲ）→Cr（Ⅵ）的转化率仅为40%左右,但在现场实验中可达到90%左右;水溶性Cr（Ⅵ）仅在现场实验工况下的熟料中检测到,Cr（Ⅵ）中水溶性Cr（Ⅵ）占比为60%~69%,水溶性Cr（Ⅵ）的转化率为35.40%。水泥产品中的水溶性Cr（Ⅵ）检测结果中复合型硅酸盐水泥中水溶性Cr（Ⅵ）含量低于GB 31893-2015《水泥中水溶性铬（Ⅵ）的限值及测定方法》中的相应限值10 mg/kg。     

水泥窑共处置含Cr废物中Cr在不同温度下的形态转化

将Na₂CrO₄加入生料中模拟含Cr入窑物料〔掺加比例为0.048%(以w计)〕,以探索水泥窑共处置含Cr废物过程中Cr的形态转化. 将含Cr入窑物料在不同温度条件下进行煅烧,消解煅烧样品以分析Cr在不同温度下的残留率并利用XANES(X射线吸收近边结构光谱)技术分析煅烧样品中Cr的存在形态. 结果表明:对应900、1000、1100、1200、1300和1450℃煅烧条件下,熟料中Cr的残留率分别为88.2%、70.7%、73.7%、67.2%、69.5%和67.8%. 由于窑尾温度为1050～1100℃,并且Cr的残留率在1100℃较高,因此从窑尾添加含Cr废物可以减少水泥窑共处置含Cr废物过程中的Cr逸放. 在900～1450℃煅烧条件下,所有样品中的Cr主要以CrO₃、Cr₂O₃和CaCrO₄的形式存在. 1000℃煅烧温度下存在K₂Cr₂O₇,但不存在K₂CrO₄;900℃和1100～1300℃煅烧温度下有K₂CrO₄存在,但不存在K₂Cr₂O₇. 1100～1450℃煅烧温度下,Cr元素进入到水泥熟料的主要矿物中,并主要以CrO₃和Cr₂O₃的形式与其他物质结合生成了较为复杂的Ca₄A₁₆O₁₂CrO₄、Ca₆Al₄Cr₂O₁₅等.      

Cr6+和Cr3+对两种海洋生物的毒性敏感性比较

研究了两种不同价态的重金属铬对小球藻和发光细菌的毒性作用,比较了Cr6+和Cr3+的毒性大小及对两种海洋生物的敏感性。分别使用标准方法检测了Cr6+和Cr3+对小球藻和发光细菌的急性毒性效应。结果表明,Cr3+对小球藻的毒性在短期内比Cr6+大,但最终转变为Cr6+的毒性大于Cr3+,说明Cr6+较Cr3+稳定。Cr6+对发光细菌的毒性大于Cr3+,且Cr3+的其它典型抑制效应值之间的变化大于Cr6+的变化,说明发光细菌指示Cr3+较Cr6+敏感。Cr6+和Cr3+对发光细菌的毒性效应拟合效果较小球藻好,并且发光细菌测定周期短,因此可认为发光细菌更适合作为监测重金属铬的生物标志物。     

铬胁迫对3种草本植物生长及铬积累的影响

为了阐明铬胁迫对白花三叶草（Trifolium repens）、高羊茅（Festuca arundinacea）、紫花苜蓿（Medicago sativa）3种草本植物的毒害机制,为铬污染土壤植物修复提供理论依据,采用盆栽试验,在土壤中添加不同浓度的铬[Cr（Ⅵ）]（K2Cr2O7为0、100、200、300和400 mg.kg-1）,研究重金属铬对3种草本植物生长、生理特性、重金属铬累积与分布的影响.结果表明,白花三叶草、高羊茅和紫花苜蓿的平均耐性指数分别为62.5、48.3和36.33.在铬浓度为400 mg.kg-1处理条件下,白花三叶草和高羊茅叶绿素含量、SOD和POD活性分别为对照的57.14%、51.51%、35.76%和63.27%、52.96%、41.36%,而紫花苜蓿无法生存.在铬胁迫下,3种草本植物的株高、根长、地上（下）部干重均表现降低,其降低大小顺序为紫花苜蓿〉高羊茅〉白花三叶草,但MDA含量增加,并且紫花苜蓿增加幅度最大,高羊茅次之,白花三叶草最小.三者对铬的耐受性表现为白花三叶草〉高羊茅〉紫花苜蓿.3种草本植物叶片积累的铬主要贮存于细胞壁,其次是细胞质,而在叶绿体和线粒体中含量较低.叶绿体和线粒体中铬含量与叶绿素、MDA含量、SOD和POD活性存在明显的相关性.随着铬浓度增加,3种草本植物叶片亚细胞组分中铬含量增加,并且总是紫花苜蓿〉高羊茅〉白花三叶草.当铬处理浓度为300 mg.kg-1时,与白花三叶草、高羊茅相比,紫花苜蓿叶片富集铬浓度最高,达51.44 mg.kg-1,其中分配于叶绿体（19.09%）和线粒体（18.04%）中铬的比例也明显较高.白花三叶草、高羊茅和紫花苜蓿地上部和地下部富集系数平均值分别为1.22、1.54;1.16、1.44和1.26、1.62,转运系数平均值分别为0.78、0.78和0.74.在重金属铬污染土壤治理中,白花三叶草和高羊茅有一定的潜在应用价值.     

Cr(VI)对活性污泥硝化活性的抑制及在污泥中的分布特点

重金属铬(Cr(VI))是废水中常见的、困扰很多污水生物处理系统运行效果的污染物.本文通过静态试验和静态冲击试验,研究了Cr(VI)在活性污泥系统中的分布特点和对硝化效率、活性等的影响,并进行了模型分析.结果表明,活性污泥对Cr的吸附很快,但吸附量有限,Cr(VI)投加浓度为1、5、10和30 mg · L^-1的溶液中,Cr的12 h-吸附量分别为0.79、1.98、3.19和5.78 mg · g^-1.Cr(VI)投加到活性污泥混合液中后形态分为溶解态、可洗脱和不可洗脱态,可洗脱的Cr能够向不可洗脱态转变.Cr(VI)对活性污泥硝化活性的抑制程度随着Cr(VI)浓度的增大而提高.静态试验中,1、3、5、10和30 mg · L^-1 Cr(VI)对氨氮平均降解速率的抑制率分别为5.25%、9.80%、10.41%、17.54%和21.38%.Cr(VI)对微生物的抑制作用大小是:氨氧化菌 >亚硝酸盐氧化菌 >异养菌.模型分析发现,Cr(VI)对氨氧化菌和异养菌比耗氧速率的抑制符合Haldane动力学模型,属于非竞争性抑制.冲击试验表明Cr对硝化等的抑制主要是不可洗脱的Cr造成的,抑制效果的出现具有滞后性.     

硫酸盐还原颗粒污泥对溶液中Cr(Ⅵ)去除特性及总Cr平衡吸附研究

利用小型EGSB反应器培养的硫酸盐还原颗粒污泥进行Cr(Ⅵ)去除实验,考察硫酸盐还原颗粒污泥对Cr(Ⅵ)的去除特性及对总Cr的平衡吸附并进行吸附等温式拟合.结果表明,颗粒污泥对Cr(Ⅵ)的去除是物理、化学及生物过程共同作用的结果,主要包括了还原及吸附作用.颗粒污泥对Cr(Ⅵ)的去除作用与环境因素、颗粒污泥的化学组成和结构的完整程度等密切相关.对Cr(Ⅵ)的去除速率随颗粒污泥投加量及Cr(Ⅵ)初始浓度的增加而提高;提高振荡速度和温度均可提高Cr(Ⅵ)的去除效率及对总Cr的吸附速率,但当振荡速度达到150r·min-1时或温度达到40℃时颗粒污泥会出现结构的离散并降低总Cr的平衡吸附量;pH值越低颗粒污泥对Cr(Ⅵ)的去除效率就越高,但颗粒污泥表面的硫化物在pH值为酸性时会转化成H2S气体逸出,并因此影响对总Cr的吸附效率.颗粒污泥对总Cr的最大吸附量为6.84mg·g-1,其对总Cr的吸附过程符合Langmuir吸附等温式.     

硫酸盐还原颗粒污泥对Cr的吸附机理解析

以硫酸盐还原颗粒污泥作为研究对象,进行Cr的吸附容量研究及吸附等温线拟合,测定颗粒污泥中的硫化物含量、对比实验前后颗粒污泥的表面形态和微生物组成并采用傅里叶红外变换光谱(FTIR)分析颗粒污泥的表面基团。结果表明,颗粒污泥对Cr的吸附容量为6.84 mg/g,吸附过程可用Langmuir吸附等温式描述。颗粒污泥中硫化物含量达9.868 mg/g(湿重),对应每克颗粒污泥对Cr的最大吸附量可达10.69 mg;颗粒污泥表面生长大量的微生物,以杆菌为主,颗粒污泥表面丰富的微孔结构及微生物所分泌的胞外物均可有效吸附溶液中的Cr;FTIR分析结果显示,颗粒污泥中包含大量C=O、C-N及-S等基团,这些基团均可通过与C(rⅥ)或C(rⅢ)之间的静电吸附作用吸附溶液中的Cr。研究表明化学与生物吸附作用在硫酸盐还原颗粒污泥吸附溶液中的Cr过程中起到了重要的作用。     

土壤对六价铬的还原容量初步研究

提出并讨论了土壤的潜在还原容量、有效还原容量和条件还原容量等概念，通过对采用北京和唐山地下水饮用水源区３个包气带土壤样品的土柱淋滤实验，研究了土壤对水溶液中六价铬的还原作用，研究了上述土壤各种还原容量之间的关系及影响因素，探讨了向土壤中投加适量常见，无毒，价廉的还原性物质以提高土壤还原能力的方法和将其应用于去除灌溉用污染地下水中六价铬的可能性，实验结果表明，在正常环境条件下，土壤的有效还原容量比土     

电镀废水的铬污染特征及调控

以广东省潮州市彩塘不锈钢电镀区的水体为例,研究了电镀废水、底泥的Cr分布特征和基本特性,并针对废水基本特性,采用FeSO4进行调控,探讨如何将Cr6+转化Cr3+以及除去废水中Cr的途径。电镀废水中的总Cr和Cr6+分别为57.3mg/L、42.4mg/L,远远超过了电镀废水排放标准37、83倍,导致河流水体Cr6+超过环境质量标准。电镀废水具有低pH值和高电导率。电镀区底泥Cr大大超过背景值,底泥中的Cr残渣态含量最高,其次是氧化态、还原态,可溶态和碳酸盐态含量低,说明了底泥存在潜在危害性。FeSO4能有效地将Cr6+还原为Cr3+,Fe2+/Cr6+摩尔比为4具有很好转化效率,还原充分后将pH值调至9,对Cr3+具有最好的沉淀效果,通过该途径有效除去废水的Cr。