钒在不同品种玉米幼苗中的亚细胞分布和动态变化

为了阐明V在玉米作物的富集特性和毒性机理,分析植物耐受性和亚细胞分布的内在联系,通过水培试验结合差速离心技术,研究了不同钒(V)质量浓度(0、5、15、30 mg·L~(-1))胁迫4、8和12 d,两个品种甜玉米幼苗中V的亚细胞分布和动态变化。结果表明,不同品种玉米幼苗中V含量分布均为:根远大于茎叶,玉米幼苗吸收的V主要积累在根部,美甜糯一号根占总量的73.91%—98.65%,益甜608为63.75%—98.82%。两个品种玉米不同器官中,V的亚细胞分布主要以细胞壁(F_1)和细胞可溶部分(F_4)为主。美甜糯一号和益甜608玉米根中F_1和F_4的分配比例之和分别为76.25%—85.98%和72.35%—83.75%,茎叶中分别为71.94%-86.55%和75.84%—82.34%,在细胞核(F_2)和线粒体叶绿体(F_3)分配较少,说明细胞壁和细胞可溶性组分是V在玉米幼苗亚细胞中的主要结合位点。随着V胁迫浓度和胁迫时间的增加,不同品种玉米幼苗中,V在F_1的分配比例增加,F_4的分配比例减少,美甜糯一号和益甜608玉米根系的F_1分配比在30.31%—62.15%和22.05%—57.11%,F_4分配比在45.94%—23.82%和50.30%—26.64%。两种玉米对V胁迫表现出不同的抗性作用机理,美甜糯一号主要依靠细胞壁的沉积作用,而益甜608则是可溶性组分的区隔化起主要作用,细胞壁固持和液泡区隔化可能是玉米植物应对V胁迫的主要耐性机制。     

Pb胁迫对金丝草体内Pb化学形态及细胞分布的影响

采用室内模拟Pb胁迫水培试验,利用化学试剂逐步提取和电镜观察的方法,研究Pb胁迫下金丝草(Pogo-natherum crinitum)体内Pb的化学形态及细胞区室化作用。结果表明,Pb在金丝草根和叶中主要以HCl提取态存在,所占比例平均在30%以上,最大比例分别达46.84%和61.49%,其次为HAc提取态和NaCl提取态,残渣态和去离子水提取态所占比例较小,说明金丝草体内Pb化学形态除HCl提取态外主要以磷酸盐结合态、蛋白质结合态或吸附态等迁移活性较弱的化合态存在,从而减小Pb的毒害作用。电镜观察发现,Pb胁迫下金丝草根和叶中大部分Pb被束缚在细胞壁上,这与其化学存在形态结果一致。但金丝草根系仍可将大量Pb转移到地上部分,对Pb具有强转运能力。     

印度芥菜对土壤中难溶态镉、铅的吸收差异

通过根际袋法土培盆栽试验,研究了印度芥菜对石灰性土壤中难溶态Cd、Pb的吸收差异。试验结果表明,印度芥菜能吸收石灰性土壤中的难溶态Cd、Pb并对其有较高的忍耐性。印度芥菜吸收的Cd 70%以上累积在地上部而吸收的Pb 83%以上累积在根系;印度芥菜根际土壤中的DTPA提取态Cd显著高于非根际土壤,但根际与非根际土壤中的DTPA提取的Pb含量差异不显著。本试验条件下,印度芥菜对土壤Cd的净化率为0.83%~1.25%,对土壤Pb的净化率则只有0.04%~0.07%。     

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。     

不同玉米品种对Cd、Pb、As积累与转运的差异研究

矿区周边农田土壤重金属污染严重威胁到农作物安全生产及人体健康。为筛选出具有镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)低积累潜力且产量较高的玉米(Zeamays)品种,在云南个旧矿区周边选取有代表性的农田,通过田间试验探讨适种的24个玉米品种对Cd、Pb、As积累与转运的潜力差异。结果表明:参试玉米的产量和根、茎叶、籽粒积累和转运Cd、Pb、As的能力存在显著差异(P0.05),其中5个玉米品种籽粒Cd含量未超过国家食品安全卫生标准(GB2762—2018),所有玉米品种籽粒Pb、As含量均未超过国家食品安全卫生标准;所有玉米品种茎叶Cd、Pb、As含量都超过国家饲料卫生标准(GB13078—2001);茎叶、籽粒部位Cd的富集系数分别为0.494-1.696、0.03-0.53,茎叶和籽粒Cd的转运系数分别为0.46-3.49和0.025-0.410;玉米茎叶Pb、As富集系数分别为0.049-0.126、0.034-0.054,籽粒中Pb和As富集系数均低于0.000 4;Pb的茎叶、籽粒转运系数分别为0.55-3.45、0.001-0.004,As的茎叶、籽粒转运系数分别为1.31-4.21、0.000-0.003,表明土壤Cd、Pb、As从玉米地下部向地上部迁移的能力较弱。对玉米籽粒Cd、Pb、As含量进行聚类分析可知,路单12号、足玉7号、华兴单88号和扎单202均属于籽粒Cd、Pb、As低积累类群。经综合评价,可以筛选出路单12号、足玉7号、华兴单88号为既高产且可食部分籽粒具有低积累Cd、Pb、As潜力的品种,适宜在个旧地区Cd、Pb、As中轻度污染区推广种植。     

玉米对重金属累积与转运的品种间差异

通过田间试验,研究了8个玉米品种对重金属Cd、Pb、Zn和Cu累积与转运的品种差异,以期筛选出适合广东地区冬季种植的低累积玉米品种.结果表明,8个玉米品种问籽粒和茎叶Cd、Pb、Zn和Cu含量存在显著差异.对玉米籽粒Cd、Pb、Zn和Cu含量进行聚类分析,可将8个玉米品种划分为3类:灵丹20、正丹958和高优1号属Cd、Pb、Zn和Cu较低累积类群,蠡玉6号、丰田1号、超甜38和华宝1号属Cd、Pb、Zn和Cu中等累积类群,粤糯1号属Cd、Pb、Zn和Cu高累积类群.根据玉米籽粒生物量、籽粒重金属含量以及重金属转运系数等指标进行评价,认为饲料玉米灵丹20和正丹958可作为广东地区冬季种植的低累积玉米品种.     

镉在海雀稗体内的分布及化学形态特征

通过盆栽试验,研究了不同浓度(0、1、10、50、100、200 mg·kg~(-1))镉处理下,海雀稗地上部与地下部的生物量受镉胁迫的影响及其体内镉的富集特征,进一步分析低镉处理(1 mg·kg~(-1))和高镉处理(50 mg·kg~(-1))镉在海雀稗根、茎、叶中的化学形态及根、叶中镉的亚细胞分布特征.结果表明,镉浓度≤50 mg·kg~(-1),海雀稗地上部、地下部生物量和耐性系数都未显著下降,海雀稗根部对镉的积累远大于地上部分;海雀稗根系细胞壁中镉含量分配比例50%,其次为可溶部分,高镉处理中细胞壁、可溶部分中镉的分配比例比低镉处理增加6.14%、0.32%,细胞膜部分和原生质体部分镉分配比例下降;海雀稗镉形态主要为氯化钠、醋酸提取态,高镉处理降低了毒性较高的水提取态和乙醇提取态的比例总和,根中氯化钠和盐酸提取态,茎、叶中醋酸提取态、氯化钠提取态增加.研究表明,海雀稗中毒性较低、活性较弱的盐酸提取态、醋酸提取态和氯化钠提取态Cd分配比例增加,根中细胞壁固持和液泡区隔化可能是海雀稗应对镉胁迫的重要耐性机制.     

田间条件下不同组配钝化剂对玉米(Zea mays)吸收Cd、As和Pb影响研究

选取4种钝化材料(硅藻土、生物炭、沸石粉和石灰)开展田间试验,研究不同配施处理对玉米(Zea mays)籽粒吸收Cd、As和Pb与土壤有效态Cd、As和Pb的影响,以期筛选出钝化修复效果最佳的组配钝化剂。结果表明,(1)施用钝化剂均能有效促进玉米生长,增加植株株高、叶面积、玉米地上部与地下部质量,显著提高玉米产量。(2)不同处理均能明显降低土壤Cd、As和Pb有效态含量。其中,BLD处理对土壤有效态Cd降低效果最明显,YR+BLZ处理次之,与对照相比,土壤有效态Cd分别降低71.00%和67.85%;BDZ处理对土壤有效态As含量降低效果最明显,其次为BLD处理,较对照分别降低65.63%和59.73%;YR+BLD处理对土壤有效态Pb含量降低效果最好,BDZ处理次之,有效态Pb含量较对照分别降低70.64%和69.64%。(3)不同处理对玉米籽粒吸收和积累Cd、As和Pb产生不同程度的影响。与对照相比,不同处理导致玉米籽粒Cd含量降低82.63%~89.17%,As含量降低27.58%~49.47%和Pb含量降低9.64%~46.86%。(4)施用钝化剂均能显著提高土壤p H值,其中BLD、YR+BLD、JD+BLD处理的p H值升高效果最为明显,较对照分别提高1.05、1.04和1.04个单位;施用钝化剂能显著提高土壤有机质含量,YR+BDZ和YR+BLD处理有机质含量较高,较对照分别提高54.68%和46.04%,本试验结果表明,在钝化修复镉砷复合污染的旱地土壤时,低累积玉米品种与组配钝化剂联合使用能够获得较好的修复效果。     

砷胁迫对狭叶香蒲生理生态及砷亚细胞分布的影响

为探究狭叶香蒲(TyphaangustifoliaL.)对砷(As)的耐受性和解毒机制,采用室内水培模拟实验,分析在不同As质量浓度(0、0.5、2、5、10mg·L~(-1))污染下,As在狭叶香蒲体内的富集、转运和亚细胞分布特征及对植物生长、生理生态特征的影响。结果表明,(1)狭叶香蒲株高、根长和生物量均随As胁迫浓度的增加呈先升高后下降的趋势,在5 mg·L~(-1)As处理时达到最大值。(2)狭叶香蒲吸收的As主要富集在根部,占总富集量的52.92%—93.47%,富集系数和转移系数与As胁迫浓度呈负相关关系。As在根和叶的可溶性组分(F4)和细胞壁(F1)中的分布比例最高,在叶和根中F1、F4分配比例之和分别为64.48%—80.99%和82.21%—92.96%,但累积量分布极不均匀,主要分布在根的可溶性组分中,占植株总累积量的21.21%—67.17%,其次是根的细胞壁中,占19.74%—39.26%。(3)随着As胁迫浓度的增加,叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性以及叶绿素含量和净光合速率均呈先上升后下降的趋势,叶绿素a与叶绿素b的比值则相反,As胁迫下丙二醛(MDA)含量为27.91—72.93 nmol·g~(-1),为对照组的1.36—3.56倍。综合分析可知,狭叶香蒲通过减少As向地上部分的转移和细胞壁的固持、可溶性组分的钝化以及调节抗氧化酶活性等,降低As对狭叶香蒲的毒性,从而维持自身正常的生理状态。     

镉在五节芒(Miscanthus floridulus)不同种群细胞中的分布及化学形态

通过营养液培养,以种子分别来自粤北大宝山矿区和惠州博罗非矿区的2个五节芒种群为试验材料,并采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法,比较研究了Cd在2个种群根、茎和叶片中的亚细胞分布及化学形态.结果表明,五节芒2种群各部位的Cd主要富集在细胞壁和以液泡为主的可溶组分,在叶绿体、细胞核和线粒体中的分布较少;2种群根、茎、叶的亚细胞各组分Cd含量由高到低的次序均为:细胞壁组分(F1),可溶组分(F4),细胞核和叶绿体组分(F2),线粒体组分(F3).Cd在五节芒矿区种群根、茎、叶中的含量均显著高于非矿区种群.提高Cd处理质量浓度,对于非矿区种群,Cd在细胞壁(F1)和可溶组分(F4)的分配比例下降,在细胞核和叶绿体组分(F2)与线粒体组分(F3)的分配比例卜升;而对于矿区种群,Cd在细胞壁(F1)的分配比例上升,在可溶组分(F4)、细胞核和叶绿体组分(F2)与线粒体组分(F3)的分配比例下降,细胞壁对Cd的同持作用增强.五节芒2种群根中Cd的化学形态存在着明显差异:低Cd(5 mg·1-1)处理下,矿区种群根中的Cd以水提取态、氯化钠提取态和醋酸提取态为主,各占36.41%、28.15%和17.04%,其它形态所占比例较少;而非矿区种群根中的Cd以氯化钠提取态、水提取态和醋酸提取态所占比例较大,各占31.58%、23.15%和20.85%.提高Cd处理质量浓度,矿区种群根中的氯化钠提取态为优势形态,所占比例提高到41.29%,水提取态所占比例也提高到38.25%.其他提取态所占比例均有不同幅度下降;而非矿区种群根中氯化钠提取态Cd含量比例下降到21.45%,各化学形态的在分配比例上表现为平均化趋势.因此,细胞壁同持、可溶组分的液泡区隔化和向活性较弱的结合形态转移可能是五节芒矿区种群耐Cd的主要机制.     

外源GSH对马蔺铅吸收动态及积累分布特性影响的研究

采用营养液培养研究了马蔺(Iris lactea var.chinensis)对重金属铅(Pb)的短时间(0-4h)吸收动力学特征及积累分布特性。结果表明,0~4 h内,500 mg·L~(-1) Pb胁迫以及500 mg·L~(-1) Pb胁迫下添加外源GSH(谷胱甘肽)和BSO(丁胱亚磺酰胺,GSH合成专一性抑制剂)处理马蔺对Pb的吸收均随时间的延长呈逐渐上升的趋势。胁迫0~2 h内,3种处理下Pb向马蔺地上部的转运能力均随时间的延长呈逐渐增加的趋势;胁迫2 h后,3个不同处理下马蔺根系内Pb的增加速率均高于地上部,Pb转运率下降;在胁迫4 h时,Pb+GSH处理马蔺地上部Pb吸收量分别是Pb处理和Pb+BSO处理的2.36、1.52倍。扫描电镜结合能谱仪对马蔺幼苗根尖横切面进行X-ray微区分析表明,500 mg·L~(-1) Pb胁迫4 h时,仅在表皮细胞检测到一定含量Pb,而外皮层、皮层、内皮层和中柱细胞内Pb含量因低于检测限而没有检测到。马蔺短时间Pb外流动力学实验表明,3种不同处理下Pb~(2+)外流最快速的阶段均在0~2 h之间,代表Pb~(2+)从细胞壁流出;Pb~(2+)从木质部中流出发生在2~6 h之间;而最缓慢的交换阶段被认为是Pb~(2+)从液泡中流出,发生在6~48 h之间。因此,短时间Pb胁迫下马蔺根系吸收的Pb可能主要积累于马蔺表皮细胞壁中。Pb+GSH处理下马蔺根细胞解析出的Pb含量均高于单Pb胁迫和Pb和BSO处理下相应部位的Pb含量,说明0~4 h短时间内GSH具有促进马蔺Pb吸收和转运的功能。     

硅促进水稻种子萌发及缓解幼苗砷毒性的效应研究

通过As~(Ⅲ)胁迫下水稻种子的发芽试验和幼苗毒性试验,研究了外源硅对水稻种子发芽率、幼苗生长的影响及其缓解幼苗砷毒性的效应。外源硅的2种处理方式为种子萌发时添加外源硅(Si1)和采用硅处理液浸种(Si2)。结果表明,发芽时介质中As浓度达到10 mg·L~(-1)时显著抑制水稻种子萌发(P0.05),发芽率仅为80%,但是Si1和Si2处理下发芽率则提高到97%和100%,这说明外源硅可促进砷胁迫下水稻种子萌发;砷浓度≥5 mg·L~(-1)时,Si1和Si2处理均可提高水稻的相对幼苗高度和根耐性指数,提高幅度分别为6.00%~16.8%和57.9%~77.0%、7.10%~23.5%和54.2%~61.2%,并且降低了水稻幼苗砷含量,降低幅度分别为17.8%~21.4%和31.0%~49.1%。这说明外源硅处理可促进砷胁迫下水稻幼苗的生长;不同砷浓度处理与水稻芽长、根长及幼苗干重之间存在"S"型的剂量-效应关系,且外源硅显著提高了相应的EC50,缓解了砷对水稻幼苗生长的毒性。综上所述,砷胁迫下水稻种子萌发时添加外源硅或采用硅处理液浸种均可促进水稻种子萌发和幼苗生长,并降低了幼苗砷累积和缓解砷对水稻幼苗的毒性。     

外加镉对水稻镉吸收、亚细胞分布及非蛋白巯基含量的影响

研究不同水稻(Oryza sativa)品种外加Cd处理下镉吸收特征、PCs(主要是非蛋白巯基)的解毒机制及从微观水平探寻亚细胞镉的分布状况,对了解不同水稻基因型的耐Cd机理有重要意义。通过盆栽实验研究了不同外加Cd处理对水稻体内Cd的吸收累积、亚细胞分布及非蛋白巯基含量的影响。结果表明,外加Cd胁迫显著诱导根合成NPT-SH,外加Cd及品种差异对水稻体内Cd的吸收具有不同程度的影响,两品种相比,不加Cd处理下,品种J196地上部Cd含量/根系Cd含量的比值高于中浙优1号;当外加Cd浓度达到5 mg·kg-1时,品种A根系向地上部转移的Cd远高于品种C,分为25.7%和7.4%;但在外加Cd处理达到25 mg·kg-1时,两品种间无显著差异。根中NPT-SH的诱导量与水稻根系内Cd的含量变化一致。外加Cd处理下,品种J196根系内NPT-SH含量均高于中浙优1号,从细胞水平上表明中浙优1号可能具有从根系向茎叶的高镉转运能力。同时以差速离心法探究Cd在两杂交水稻品种不同器官的亚细胞分布为根系细胞的Cd大部分存在于细胞壁中,占52.6%~83.2%,少部分存在于细胞可溶部分(细胞质),其镉含量分布的百分率为3.0%~10.1%,且根系细胞壁中J196的分布率高于中浙优1号;表明J196的根系细胞壁的具有较强的固Cd能力;和对照相比,外加Cd促使中浙优1号根系细胞内可溶物向地上部移动,且高Cd处理下,Cd在中浙优1号细胞内溶物的分配率大于J196,从而在亚细胞水平上推测了品种中浙优1号为高转运品种的可能机制。     

不同夏玉米品种对镉、铅积累与转运的差异性田间研究

随着工农业的发展,土壤重金属污染问题日益严重,农作物重金属超标现象频发。为筛选出具有镉(Cd)、铅(Pb)低积累潜力且产量较高的夏玉米(Zea mays)品种,该研究采用田间小区试验和室内分析相结合的方法,在府河污灌区选取有代表性的农田,探讨华北地区适种的9个夏玉米品种对Cd、Pb积累与转运的潜力差异。结果表明:夏玉米产量、玉米籽实中Cd、Pb含量在品种间存在显著差异(P0.05)。其中,先玉335产量为12 389 kg·hm~(-2),比其他品种高出32%~93%;玉米籽实中Cd含量最低的是先玉335,为0.004 4 mg·kg~(-1),比其他品种低7%~45%;Pb含量最低的是洛玉803,为0.027 3 mg·kg~(-1),比其他品种低37%~50%,且玉米籽实中Cd、Pb含量均未超过食品安全国家标准的食品中污染物限量标准(GB 2762─2012);对玉米籽实和秸秆中的Cd、Pb含量进行聚类分析可知,秀青74-9、冀农1号、先玉335、肃玉1号和伟科702均属于籽实、秸秆中Cd、Pb低积累类群。综合玉米产量、玉米地上部Cd、Pb含量、富集系数、转运系数等指标综合评价,可以筛选出先玉335为既高产且可食部分籽实具有低积累Cd、Pb潜力的品种,适宜在华北地区Cd、Pb轻度污染区推广种植。     

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。     

孔雀草对镉胁迫的响应及其积累与分布特征

采用营养液培养法研究了不同浓度的Cd(0、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4 mmol·L-1)对孔雀草叶片光合色素和丙二醛含量以及Cd积累量、亚细胞与化学形态分布的影响.结果表明,随着营养液Cd浓度的增加,叶片光合色素含量呈先升后降趋势,丙二醛含量则呈线性递增趋势,高浓度Cd处理(≥0.1 mmol·L-1)对孔雀草产生了显著的胁迫响应.Cd主要贮存于可溶组分中,根系中占50.91%—66.40%,叶片中占39.09%—60.52%;其次为细胞壁,细胞器中的镉比例较低.随着Cd处理浓度的增加,Cd在根系细胞壁中的贮存比例呈增加趋势.液胞区隔化和细胞壁固持是孔雀草应对Cd胁迫的重要耐性机制.根系中的Cd主要以乙醇提取态存在,占27.62%—70.46%,叶片中Cd主要以去离子水提取态和氯化钠提取态存在,两者合计占58.91%—71.09%.叶片中活性态Cd含量显著低于根系,显著降低了地上部Cd的积累,也显著降低了Cd对地上部的胁迫作用.     

秸秆生物炭对矿区污染土壤重金属形态转化的影响

以小麦秸秆制备的生物炭作为修复材料,通过室内培养试验研究不同生物炭施用量(w分别为0、1%、2%和5%)对矿区复合污染土壤Cu、Zn、Cd和Pb赋存形态的影响。结果表明,经过150 d的培养,施用生物炭可明显提高土壤p H值和有机碳含量,比对照分别增加0.96%~2.62%和9.1%~38.6%。土壤中酸提取态Cu、Zn和Cd含量随生物炭施用量的增加而降低,与不施用生物炭相比下降幅度分别为7.0%~16.9%、6.7%~11.8%和5.3%~9.6%,酸提取态Pb含量无明显变化。生物炭可不同程度地减少可还原态Cd和可氧化态Cu、Zn、Pb含量。施用生物炭处理残渣态Cu、Zn、Cd和Pb含量明显提高,与不施用生物炭相比增加幅度分别为10.6%~46.8%、5.9%~15.7%、40.9%~191.9%和1.5%~2.6%。相关性分析表明,土壤p H值、有机碳含量与酸提取态和残渣态重金属含量显著相关。综合而言,生物炭能够促进供试污染土壤Cu、Zn、Cd和Pb由酸提取态、可还原态和可氧化态向残渣态转化。     

接种邻苯二甲酸酯(PAEs)降解菌缓解PAEs对玉米胁迫效应和机制研究

邻苯二甲酸酯(PAEs)是一类典型的环境内分泌干扰物,国内农业土壤普遍受PAEs的污染。土壤中的PAEs可被农作物吸收累积,影响植物的生理生化特性和农产品的质量安全。探索PAEs污染土壤的生物修复技术以及高效降解菌缓解PAEs污染胁迫和降低农作物吸收累积PAEs迫在眉睫。以在土壤中的质量分数和检出频率均较高的邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)为目标化合物,采用DEHP污染土壤(18 mg·kg~(-1)和75 mg·kg~(-1))进行盆栽玉米(Zea mays)试验,研究接种PAEs高效降解菌(嗜吡啶红球菌Rhodococcus pyridinivorans XB)缓解DEHP胁迫对玉米生长、吸收积累DEHP的影响及其抗氧化酶系统的响应。结果显示,经DEHP处理的玉米丙二醛质量摩尔浓度显著增加(P0.05),尤其是高浓度处理的玉米根系丙二醛质量摩尔浓度增加464%;且高浓度处理的玉米根系过氧化氢酶和多酚氧化酶活性显著增加(P0.05),生物量显著下降(P0.05),说明DEHP严重影响玉米的生长。与不接种微生物处理相比,玉米接种菌株XB能显著提高玉米体内超氧化物歧化酶(10%~154%)、过氧化氢酶(11%~34%)及多酚氧化酶(48%~288%)活性,显著降低丙二醛质量摩尔浓度(30%~60%),提高玉米生物量(5%~85%),减少玉米对DEHP的吸收积累(4%~60%)。结果说明菌株XB能缓解土壤DEHP对玉米生长的胁迫,降低玉米吸收积累DEHP,有利于保障农产品质量安全。     

膨润土、褐煤及其混合添加对铅污染土壤钝化修复效应研究

土壤重金属污染原位钝化修复是通过向土壤中添加一些钝化修复材料,通过溶解沉淀、离子交换吸附、氧化还原、有机络合等反应来改变土壤中重金属的赋存形态,降低土壤中重金属的生物有效性,在重金属污染修复中具有重要意义。为探究膨润土与褐煤单一及其复配材料对Pb污染土壤的钝化修复效果,以采自河南省济源市某铅冶炼企业周边0-20 cm表层重金属污染土壤为研究材料,设置盆栽玉米(Zea mays L.)试验,采用正交试验处理将膨润土(S)和褐煤(P)按1.5%、3%、5%的浓度梯度单独添加,以及将二者正交混合添加,采用BCR连续提取法研究不同钝化剂处理对Pb污染土壤的修复效应。结果表明,膨润土单一施用对土壤中Pb的有效态含量降低不明显,而褐煤的单一施用能显著降低土壤中Pb的有效态含量,其中添加5%褐煤的处理中弱酸提取态含量降幅达48.7%。膨润土与褐煤混合处理使土壤中Pb的弱酸提取态含量降幅达19.1%-50.8%,残渣态含量增幅达4.8%-40.5%,其中1.5%膨润土+5%褐煤的复配处理对Pb污染土壤的钝化修复效果最佳。膨润土与褐煤配施处理使玉米茎叶中Pb含量降幅为3.4%-33.7%,而膨润土与褐煤的单一钝化处理效果不明显。膨润土与褐煤单一及其配施处理均能显著降低玉米根中Pb含量,降幅为41.5%-66.0%,对玉米根部富集Pb有良好的抑制效果。褐煤单一施用对Pb污染土壤的钝化修复效果整体优于膨润土,两者配施的修复效果因其配施比例而异。     

不同玉米品种对重金属铅镉的富集和转运能力

通过土培试验研究了10个来自不同产地的玉米(Zea mays)品种对重金属铅和镉的累积特性。结果表明,重金属铅(400 mg·kg-1)和镉(10 mg·kg-1)复合胁迫条件下,玉米不同生育期累积铅的能力从大到小依次为成熟期、拔节期和苗期,累积镉的能力从大到小依次为苗期、拔节期和成熟期。玉米各部位铅镉吸收量从大到小依次为根、茎、叶和籽粒。供试的10个玉米品种中籽粒铅含量均超过GB 2715—2005《粮食卫生标准》中的规定(≤0.2 mg·kg-1),广甜3号、国审浚79-5、兴黄单892、晋单51和北科4号籽粒镉含量符合GB 2715—2005中的卫生标准(≤0.1 mg·kg-1)。其中,广甜3号对镉的累积量最小,可以在中、轻度污染土壤上推广种植。