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。     

菲和镉单一及复合污染条件下在毛蚶体内的富集动力学研究

采用室内半静态双箱动力学模型实验,研究了菲和镉单一及复合污染条件下在毛蚶(Anadara subcrenata)体内的生物富集,通过对富集与释放过程中毛蚶体内菲和Cd的富集量进行非线性曲线拟合,获得了菲和Cd单一及复合污染条件下在毛蚶体内的吸收速率常数k1、释放速率常数k2、生物富集因子BCF、生物半衰期B1/2和平衡状态下最大富集量CA max等动力学参数。实验结果表明,菲和Cd在实验前期富集速率较高,8 d以后富集速率减缓,释放阶段与富集阶段相似。毛蚶对菲的BCF值为37.80,远大于Cd的BCF值13.12,且生物半衰期时间更长,菲更容易在生物体内富集。菲和Cd联合暴露条件下,在毛蚶体内的CA max和BCF值均大于单一作用,说明二者同时暴露时,毛蚶对菲和镉的吸收富集均有所增强。实验模型拟合度较好,输出值和实测值之间无显著性差异,拟合方程和拟合参数可信。     

氯化铁和硫酸铁对酸性土壤中有效态镉和铅污染的修复作用

采用浸泡实验法研究了氯化铁和硫酸铁对酸性土壤中有效态镉和铅污染的修复效果,结果表明,氯化铁和硫酸铁均能有效去除土壤有效态镉和铅污染,Fe(Ⅲ)用量为50～100 mmol/kg时,有效态Cd和Pb的去除效果可达70％～96％.氯化铁和硫酸铁能去除土壤中的水溶态、碳酸盐结合态、腐殖酸结合态、铁锰氧化物结合态和强有机结合态Cd和Pb及交换态Cd.氯化铁和硫酸铁对Cd均既有洗脱修复作用又有固定修复作用,且洗脱修复作用的贡献稍大;氯化铁用量较小时(50 mmol/kg)对Pb既有固定修复又有洗脱修复作用,固定修复作用稍大;用量较大时(100 mmol/kg),对Pb只有洗脱修复作用.硫酸铁对Pb的修复作用则以固定修复作用为主,洗脱修复作用很小.     

嗜麦芽窄食单胞菌对铜镉的吸附特性与离子交换

研究了投菌量、金属浓度和戊二醛浓度对嗜麦芽窄食单胞菌吸附水体中Cu2+和Cd2+特性的影响,分析了重金属生物吸附、NO3-去除与菌体离子释放的关联,从离子吸附、交换、转化与释放的角度探讨了重金属生物吸附机制.结果表明嗜麦芽窄食单胞菌对Cu2+和Cd2+吸附性能良好,0.2 g·L-1干重菌体处理浓度为0.05 mmol·L-1的Cu(NO3)2和Cd(NO3)2溶液120 min后,Cu2+和Cd2+的吸附率分别达96.3%和83.9%.菌体对Cu(NO3)2和Cd(NO3)2溶液的吸附过程存在Cu2+和Cd2+的表面吸附与胞内运输、NO3-胞内积累、NO3-还原为NO2-等行为,而且Cu2+和Cd2+的胞内运输、NO3-积累和还原需要消耗能量,并会促进Cl-、PO43-、SO42-、Na+、NH4+、K+和Ca2+等离子的释放.红外光谱分析表明菌体酰胺基、羟基与羧基均参与了Cu2+和Cd2+的吸附.X-光电子能谱分析显示吸附后Cu2+和Cd2+的价态不发生变化.     

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。     

镉水质自动在线监测系统的安装和建设

介绍了中国重金属污染物排放现状和镉水质自动在线监测仪的安装运行现状以及重金属在线监测系统相关规范的制定情况,阐述了镉水质自动在线监测仪的分析原理,对基于不同分析原理的仪器进行了性能检验,对监测站房、排污口建设、仪器安装和调试提出了技术要求,同时针对镉水质自动在线监测系统的安装和建设及其相关规范的制定提出了意见和建议.     

硒对镉胁迫下菠菜生理特性、元素含量及镉吸收转运的影响

为了探讨硒(Se)对菠菜中的镉(Cd)胁迫造成毒害的缓解作用,采用盆栽试验,研究了不同浓度Se(0、0.5、2.0、4.0 mg·L-1)对不同浓度Cd(0.5和2.0 mg·kg-1)胁迫下菠菜生理特性、元素含量及Cd吸收转运的影响.结果表明:不同浓度的Se可使丙二醛(MDA)积累量显著降低,最佳作用下分别为两种浓度Cd单一胁迫下的53.93%和41.79%;不同浓度的Se可以缓解Cd胁迫对菠菜地上部和根部的抑制作用,最佳缓解条件下,菠菜地上部和根部的鲜重分别为两种浓度Cd单一胁迫时的1.13倍、1.29倍和1.31倍、1.37倍,干重分别为1.78倍、2.09倍和3.03倍、4.36倍;叶绿素含量显著提高,在最佳缓解浓度下分别是两种浓度Cd单一胁迫时的1.51倍和1.35倍;与两种浓度Cd单一胁迫相比,最佳缓解浓度下超氧化物歧化酶(SOD)活性分别提高了36.0%和42.8%;外源Se可以使地上部和根部的K、Na、Ca和Mg等元素的含量不同程度的增加;施Se可以有效的抑制菠菜根部对Cd的吸收、富集和向地上部的转运,使菠菜地上部和根部Cd含量显著降低,分别为两种浓度Cd单一胁迫下的65.77%、75.92%和46.11%、70.01%,表明外源Se能有效的减轻Cd胁迫对菠菜的毒害作用.对本研究所用的两种浓度Cd来说,最佳的缓解浓度为2.0 mg·L-1和4.0 mg·L-1.     

碱改性脱水污泥对水中镉的吸附效能研究

城市市政污水处理厂产生的剩余污泥是一种良好的重金属生物吸附剂制备原料。以北京某市政污水处理厂产生的脱水剩余污泥为原料,采用碱改性处理方法,制备得到碱改性脱水污泥生物吸附剂,通过其对水中镉的等温吸附实验,考察其重金属吸附效能。研究结果表明:碱改性脱水污泥对水中镉的等温吸附曲线符合Langmuir等温吸附模型。碱改性处理后,脱水污泥对水中镉的最大饱和吸附容量提高了2.8倍,达0.966 mmol/g,显著高于同类型脱水污泥生物吸附剂。碱改性脱水污泥对水中镉的最大饱和吸附容量与改性过程中所使用的Na OH浓度之间的线性相关性较差,呈现一定的波动变化趋势。     

脱水污泥中聚合物的碱提取及其镉吸附效能研究

市政污水处理厂产生的脱水剩余污泥中含有大量的细菌胞外聚合物、胞内聚合物等大分子有机物,是一种良好的生物吸附剂制备原料。以脱水污泥为原料,采用碱提取的方法,对污泥中胞外聚合物与胞内聚合物进行提取,提取得到聚合物吸附剂,分析了聚合物吸附剂中聚合物浓度、核酸浓度随提取剂中NaOH浓度的变化,考察了聚合物吸附剂对水中镉的等温吸附性能。研究结果表明,当NaOH浓度小于0.5 mol/L时,随着提取剂NaOH浓度的升高,得到的提取液中聚合物浓度、核酸浓度逐渐升高。最佳的提取剂中NaOH浓度为0.3 mol/L,该条件下能够充分实现污泥中聚合物的提取。当NaOH浓度高于0.5 mol/L,聚合物中核酸存在一定程度的分解。聚合物吸附剂对水中Cd2+的吸附符合Langmuir模型,NaOH浓度为0.3 mol/L条件下提取得到的聚合物吸附剂的镉饱和吸附容量最大,达1.022 mmol/g。     

Expression of sulfur uptake assimilation-related genes in response to cadmium, bensulfuron-methyl and their co-contamination in rice roots

The responses of sulfur （S） uptake assimilation-related genes＇ expression in roots of two rice cultivars to cadmium （Cd）, bensulfuron-methyl （BSM） and their co-contamination （Cd＋BSM） were investigated by gene-chip microarray analysis and quantitative real-time PCR （QRT-PCR） technology. Treatments of Cd and Cd＋BSM induced expression of sulfate transporter and permease genes, and promoted sulfate uptake in rice roots. Cd＋BSM could alleviate Cd toxicity to cv. Fengmeizhan seedlings, probably due to Cd＋BSM promoting greater S absorption by seedlings. Cd and Cd＋BSM induced expression of sulfate assimilation-related genes, and thus activated the sulfur assimilation pathway. Cd and Cd＋BSM induced expression of phytochelatin synthase and metallothionein genes, and induced expression of glutathione S-transferases （GSTs）, glutathione synthase （GS） and S- containing antioxidation enzyme genes, which detoxified Cd2＋. It is suggested that （to cope with the toxicity of Cd, BSM and their co-contamination） the S uptake and assimilation pathway was activated in rice roots by increased expression of related genes, thus enhancing the supply of organic S for synthesis of Cd or BSM resistance-related substances.