3种镉超富集植物毛状根体系对镉胁迫响应的比较

近年来,转基因毛状根组织被越来越多地应用于重金属和有机污染物的植物修复技术研究中,已成为进行污染物毒性响应机制研究的便捷的实验室工具。为了探究龙葵、油菜、芥菜3种镉(cadmium,Cd)超富集植物对Cd毒性胁迫响应的差异,以诱导出的3种植物毛状根为研究材料,从毛状根的生长状态、富集Cd的能力、根组织细胞的凋亡程度和抗氧化酶活性等方面进行了探讨。结果表明:Cd浓度为0~50μmol·L-1时,龙葵、油菜、芥菜毛状根受Cd毒害的影响都不明显;Cd浓度为75~100μmol·L-1时,龙葵、油菜、芥菜毛状根均表现出对Cd胁迫的防御响应。在较高的Cd浓度(100μmol·L-1)下,龙葵毛状根的生物量受Cd毒害的影响最小,芥菜次之,油菜受影响最大;同时龙葵毛状根富集的Cd含量最高(745.0μg·g-1),芥菜次之(681.4μg·g-1),油菜最差(505.2μg·g-1)。龙葵、油菜、芥菜毛状根在Cd胁迫下的细胞凋亡水平均随Cd浓度的升高而升高,当Cd浓度为100μmol·L-1时,龙葵毛状根比油菜和芥菜毛状根的细胞凋亡程度均低。同时3种植物毛状根在不同浓度Cd处理下抗氧化酶活性的变化有一定差异。从上述结果综合来看,龙葵毛状根受Cd毒害的影响最小、富集Cd的能力最好,是进一步开展Cd超富集植物转基因改造研究的较好的实验室载体。     

蕹菜Cd-PSC根际土壤酶和微生物特征研究

通过自制根箱试验,研究了在两种不同镉浓度的农田土上,蕹菜Cd-PSC和non-Cd-PSC两个品种根际土壤酶和微生物的特征。结果表明:蕹菜根际土壤五种酶(脲酶,转化酶,酸碱磷酸酶,蛋白酶)活性和三类微生物(细菌、真菌、放线菌)数量都显著大于非根际土壤(p0.01)。在同一土壤上,蕹菜品种间酶活性和微生物数量均存在基因型差异(p0.05);在两种土壤上,脲酶、转化酶、蛋白酶在两个品种间表现不一致,而酸碱磷酸酶则一直表现为Cd-PSC的根际酶活性小于non-Cd-PSC的活性。Cd-PSC的根系细菌、放线菌的数量极显著小于non-Cd-PSC的根系土壤中的数量,而真菌数量却显著大于non-Cd-PSC的数量。     

环草隆与重金属复合污染对黄瓜及小麦的毒性效应评估

为探究草坪除草剂与重金属复合污染对高等植物的生态毒性效应,以小麦与黄瓜为敏感受试植物,采用滤纸发芽试验法,研究了典型草坪除草剂环草隆与4种重金属(Cu/Zn/Pb/Cd)单一及复合污染条件下,对2种植物种子萌发与幼苗生长的毒性效应并进行评估。在此基础上采用评估因子法外推环草隆在土壤中的预测无效应浓度(PNECsoil)。结果表明,2种植物的根长及小麦的芽长对环草隆与重金属非常敏感(P<0.01),且存在明显的剂量-效应关系。黄瓜根长对环草隆最敏感,根长半抑制浓度(RI50)为0.281 mg·L-1。小麦根长对Cu、Pb、Cd比黄瓜根长更敏感。环草隆与重金属复合污染时,黄瓜根长表现得最为敏感,可作为敏感生物标记物。环草隆与重金属复合污染对小麦及黄瓜根长抑制具有协同作用,并且随着重金属浓度的增大,黄瓜和小麦根生长对环草隆的敏感性增加。环草隆与重金属复合污染对小麦芽长的联合效应主要与重金属种类及其暴露浓度有关。以黄瓜的根伸长抑制率为急性毒性终点,利用外推法计算得环草隆在土壤中的PNECsoil为1.90μg·kg~(-1),远远低于环草隆田间推荐使用量1.5~9 mg·kg~(-1)。与重金属复合污染时,环草隆的PNECsoil明显降低,导致其生态风险提高。上述研究结果能够为草坪除草剂环草隆与重金属复合污染的生态风险评价提供数据支持。     

锰污染土壤根际微生物分离及耐Mn2+特性

为了研究锰污染土壤的生物修复,在湘潭锰矿不同植物根际土壤中分离得到7株真菌和8株细菌,依次命名为F1-7和B1-8。经耐锰性能测定,获得高耐锰性真菌3株,F3-5、细菌3株,B1、B2和B7。其中,F3耐锰浓度最高可达600mmol/L,细菌B7最高耐锰浓度为80 mmol/L。当Mn2+浓度小于300 mmol/L时,对3种真菌的生长均具有一定的促进作用,高于此浓度时,产生较大程度的抑制作用。在低Mn2+浓度(20~40 mmol/L)条件下,Mn2+对3种细菌的生长均表现出一定的促进作用,尤其是对B2作用明显。当Mn2+浓度逐渐增加到80 mmol/L时,抑制作用明显。在Mn2+浓度为300mmol/L时,F3对锰的吸附率约为60%,达到峰值。而在Mn2+浓度为60 mmol/L时,细菌B2对锰的吸附率约为70%,达最大值。     

一株降解邻苯二甲酸酯真菌的筛选及其降解特性研究

采用富集培养法,从PAEs污染的农田土壤中筛选出1株邻苯二甲酸酯类化合物(PAEs)降解真菌F9,经形态学特征及18S rDNA序列分析,初步鉴定为爪哇正青霉(Eupenicillum javanicun).通过正交试验研究,得出菌株F9的最优降解条件是:C:N为20:1、pH为7.0、最佳PAEs初始浓度为50 mg·L^-1.菌株F9对土壤中复合PAEs(DMP、DEP和DOP)有良好的降解效果.在30 d培养期内,可将灭菌土壤中300 mg·kg^-1的PAEs降解65.2%,且培养第一阶段(0~15 d)的降解率远高于第二阶段(16~30 d).     

青海湖介形虫壳体丰度与氧碳同位素的季节和年际变化及其控制因素——来自沉积物捕获器的研究

介形类对其生活的水体环境极其敏感,其壳体的物质几乎全部来自水体,因此壳体的化学组成常常用来反演古气候环境,然而对于青海湖介形虫壳体不同组成的控制因素存在诸多争议和不确定性。本文以沉积物捕获器在青海湖于2010年7月至2011年10月期间获得的介形虫样品为研究对象,结合CTD同步监测的湖水环境参数,探讨了青海湖现生的两个种属介形虫（意外湖花介和胖真星介）丰度和氧、碳同位素（δ¹⁸O、δ¹³C）的季节和年际变化特征及各自控制因素。结果表明,意外湖花介壳体的丰度比胖真星介的高一个数量级,但青海湖两种介形虫出现和丰度变化均受湖水温度直接控制。意外湖花介和胖真星介壳体的δ¹⁸O和δ¹³C均存在明显的年际和季节性变化及种属差异,而同步沉淀的自生碳酸盐却有较为均一的δ¹⁸O组成;两个种属介形虫壳体δ¹⁸O的年际差异是夏季水温系统差异的直接表现,而δ¹⁸O的季节性变化并不受控于降水和蒸发（P/E）比率,而可能主要与由高温诱发的大量自生碳酸盐沉淀有关;青海湖介形虫壳体δ¹³C的变化并不是单一因素控制的结果,可能也与湖水温度、自生碳酸盐沉淀等因素有关。本研究提出的自生碳酸盐沉淀对介形虫壳体δ¹⁸O和δ¹³C的控制作用,对于我们认识青海湖介形虫的环境意义及沉积物中介形虫壳体化学组成的古环境信息提取具有重要的启示意义。     

运用丝状真菌生物质生物吸附镉(Ⅱ)污染物的研究

丝状真菌生物质是研制可用作生物修复镉污染的生物吸附剂的重要生物材料。文章首先概述了镉的危害性与镉污染的真菌修复机制;列表比较了近20年研究中用于生物吸附Cd⁽²⁺⁾的丝状真菌菌种资源、镉吸附量和工艺特性参数;详细阐明了利用丝状真菌生物质生物吸附法除镉工艺过程涉及的技术方法和基本原理,包括丝状真菌生物质材料的预处理方法,分批生物吸附除镉工艺的考虑因素及其影响效应,固定床吸附柱生物吸附除镉工艺,以及生物吸附法去除含镉工业废水中Cd(2+)的丝状真菌菌种资源、镉吸附量和工艺特性参数;详细阐明了利用丝状真菌生物质生物吸附法除镉工艺过程涉及的技术方法和基本原理,包括丝状真菌生物质材料的预处理方法,分批生物吸附除镉工艺的考虑因素及其影响效应,固定床吸附柱生物吸附除镉工艺,以及生物吸附法去除含镉工业废水中Cd⁽²⁺⁾的实践效果。     

土壤中耐受Mn(Ⅱ)真菌菌株的分离及氧化Mn(Ⅱ)特性研究

采用分离纯化的方法从锰矿企业含锰土壤中筛选分离能够耐受并氧化二价锰离子(Mn(Ⅱ))的真菌,并研究分离菌株的生长特性及对Mn(Ⅱ)的氧化能力。共分离得到4株具有耐受Mn(Ⅱ)的真菌菌株,分别为XS2-1,XS2-2,XS3-2-4,XS3-2-5。其中XS2-2,XS3-2-4,XS3-2-5能够将Mn(Ⅱ)氧化生成锰氧化物(Mn(Ⅲ,Ⅳ))。根据ITS(Internal Transcribed Spacer)rRNA基因测序结果,这4株真菌菌株分别属于Cladosporium、Plectosphaerella、Epicuccum和Phaeosphaeriopsis属。考察了pH值以及Mn(Ⅱ)浓度对菌株生长和氧化Mn(Ⅱ)能力的影响。发现这4株真菌菌株的生长受pH值影响较小,但受Mn(Ⅱ)浓度影响较大;菌株的Mn(Ⅱ)氧化能力受pH值和Mn(Ⅱ)浓度的影响均较为显著。菌株XS3-2-5的Mn(Ⅱ)氧化能力最为突出,随着Mn(Ⅱ)浓度的增加(最高至15 000μmol/L),其Mn(Ⅱ)氧化能力不断升高,并未出现不耐受的情况。能够氧化Mn(Ⅱ)的真菌菌种的发现对于治理受锰污染的水及土壤具有潜在的实际意义。     

增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响

CO2减排和土壤污染修复是我国实现经济和环境可持续发展必须解决的两大难题.基于生物固碳对根际微环境的影响,本研究提出通过增施CO2强化土壤有机污染的植物修复过程,为同时解决CO2减排和土壤污染植物修复面临的困境提供新思路.在模拟的CO2增施环境中,以C3植物菜豆和C4植物玉米为供试植物,以氯氰菊酯为目标污染物,研究增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响.结果表明,增施CO2可显著增加C3植物菜豆的地上和地下干重,在氯氰菊酯添加浓度为0、20、40 mg.kg-1时地下干重分别比自然CO2水平时增加了54.3%、31.9%和30.0%.增施CO2提高了未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量,但降低了添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量.增施CO2对未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际氯氰菊酯残留浓度没有显著影响,但降低了菜豆根际氯氰菊酯的残留浓度,分别比自然CO2水平时下降24.0%（20mg.kg-1）和16.9%（40 mg.kg-1）.然而,对C4植物玉米而言,增施CO2对植物生物量、根际微生物、根际氯氰菊酯残留浓度下降没有明显促进作用,甚至有抑制作用.本实验表明,增施CO2降低了C3植物根际氯氰菊酯残留浓度,可以考虑将增施CO2作为C3植物修复土壤污染的强化措施,但对C4植物的影响还有待进一步研究.     

生物炭改良剂对小白菜生长及低质土壤氮磷利用的影响

生物炭技术是近年来新兴的具有多重农业和环境效益的土壤改良技术.本研究以宁夏低质淡灰钙土为研究对象,以"中白78"小白菜(Brassica chinensis)为供试作物,分别按0、1.5%、3%和5%(质量分数)的比例添加花生壳生物炭(Biochar,BC)和基于花生壳生物炭研发的生物炭改良剂(BC-based amendment,AD),系统研究了BC和AD对小白菜植株生长、产量及土壤养分利用有效性的影响.结果表明:BC和AD的添加均增加了小白菜的株高和产量,与BC相比,AD对小白菜的增产效果更为显著(BC和AD处理的产量分别为对照的2.34~3.77倍和4.37~4.60倍).各剂量BC处理中,小白菜地上部、根系生物量的顺序为1.5%BC3%BC≈5%BC;而对于AD处理,3种添加量处理的小白菜生物量无显著性差异.增产的主要原因包括两方面:第一是两种材料中主要养分对小白菜生长的直接贡献;第二则是两种材料均促进了小白菜根系的生长,增强了根际效应,从而改变了N、P等土壤养分的利用有效性.BC和AD的加入均增加了小白菜对N的利用有效性,AD促进了小白菜对P的利用有效性.可见,BC和AD均可作为土壤改良剂,改善宁夏低质淡灰钙土的养分状况,提高作物产量.