四环素类抗生素对不同蔬菜生长的影响及其富集转运特征

本研究探讨了四环素类抗生素(TCs)对两种蔬菜生长的影响及其在蔬菜体内的富集和转运特征,以期为四环素类抗生素的植物毒性和对人体健康的风险评价提供理论基础.采用土培试验研究了不同水平(0、50和150 mg·kg-1)的四环素类抗生素(四环素TC、土霉素OTC、金霉素CTC)对生菜和小白菜生长、抗生素含量及其富集转运特征的影响.结果表明,TCs总体上抑制了生菜的生长,地上部和地下部鲜重分别较CK降低了1.56%~26.84%和17.36%~51.04%,小白菜地上部和地下部鲜重反而较对照提高了3.7%~7.3%和3.1%~82.2%.TCs在一定程度上增加了生菜和小白菜的气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr),抑制了生菜的净光合速率(Pn),Pn在TCs为150 mg·kg-1时较CK降低了32.43%~82.43%.TCs还抑制了生菜和小白菜的SOD活性,较CK降低了29.17%~223.12%,以OTC的抑制作用最强.生菜和小白菜的MDA含量在TCs为150mg·kg-1时达到最大值(生菜地上部除外).小白菜地上部和地下部TCs的含量均高于生菜,以CTC处理的小白菜和生菜TCs含量较高.种植生菜的土壤TCs残留量高于小白菜土壤,以OTC处理的土壤TCs残留量最高.小白菜对TCs的富集系数和转运系数分别是生菜的1.07~7.35倍和1.15~2.25倍.3种四环素类抗生素中以OTC和CTC的生态风险较大.     

纳米沸石对土壤Cd形态及大白菜Cd吸收的影响

通过室内培养试验研究了不同镉污染水平(1、5、10和15 mg·kg-1Cd)下,不同施用量(0、5、10和20 g·kg-1)的纳米沸石(NZ)和普通沸石(OZ)对土壤镉形态分配比例(FDC)随时间的变化情况,并通过盆栽试验进一步研究纳米沸石和普通沸石对土壤镉形态和大白菜Cd吸收的影响.室内培养试验表明,施用纳米沸石和普通沸石有效降低了土壤可交换态镉FDC,增加了铁锰氧化态镉FDC,在0~28 d的培养过程中,可交换态镉FDC呈先降后增后趋于平缓最后增加的趋势.培养结束时,沸石处理使可交换态镉FDC从0 d时的72.0%~88.0%降至30.0%~66.4%,各处理土壤镉主要以可交换态存在.盆栽试验表明,施用纳米沸石和普通沸石均显著降低了土壤可交换态镉含量和FDC,增加了碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机态和残渣态镉含量和FDC,以高量纳米沸石处理(20 g·kg-1)对可交换态镉的降低效果最好.土壤可交换态镉FDC与土壤p H呈显著负相关(P0.05),与大白菜地上部和根部镉含量呈极显著正相关(P0.01).施用沸石使1和5 mg·kg-1Cd水平土壤p H分别提高了1.8%~45.5%和6.1%~54.3%,土壤可交换态镉FDC分别降低了16.3%~47.7%和16.2%~46.7%,大白菜各部位镉含量分别降低了1.0%~75.0%和3.8%~53.2%,纳米沸石对土壤和植株镉的降低效果优于普通沸石.中低量(≤10 g·kg-1)的沸石对大白菜生长有明显的促进作用,而高量沸石(20 g·kg-1)则抑制了大白菜的生长.与普通沸石相比,纳米沸石显著提高大白菜生物量的同时,也显著降低了土壤可交换态镉含量和大白菜镉含量及镉积累量.     

黑麦草、丛枝菌根对番茄Cd吸收、土壤Cd形态的影响

采用大田试验研究了在重金属Cd(5.943 mg·kg~(-1)污染下,黑麦草和丛枝菌根对2个品种番茄("德福mm-8"和"洛贝琪")生长、Cd含量以及对土壤微生物、酶活性、p H和Cd形态的影响.结果表明,黑麦草和丛枝菌根单一或复合处理显著提高了2个品种番茄果实、根、茎、叶和植株总干重,增幅分别为14.1%~38.4%和4.2%~18.3%、20.9%~31.5%和8.4%~10.3%、13.0%~16.8%和3.0%~9.5%、10.7%~16.8%和2.7%~7.6%、14.3%~36.6%和4.5%~16.8%.黑麦草和丛枝菌根单一或复合处理增加了土壤中细菌、真菌、放线菌数量及土壤脲酶、转化酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性,且土壤微生物数量及土壤酶活性在不同品种和处理间的差异达到显著性水平(P0.05).与番茄套种黑麦草或接种丛枝菌根提高了土壤p H值,降低了土壤中可交换态(EXC-Cd)、碳酸盐态(CAB-Cd)和铁锰氧化态(Fe-Mn-Cd)和土壤中Cd总量,土壤中Cd总量降幅为16.9%~27.8%.2个番茄品种果实、叶、茎和根中的Cd含量分别显著下降了6.9%~40.9%、5.7%~40.1%、4.6%~34.7%和9.8%~42.4%.Cd主要积累在番茄的叶、根和茎中,果实积累较少.比较供试的2个番茄品种,果实Cd含量和积累量及植株Cd总积累量以"洛贝琪""德福mm-8".     

纳米沸石对大白菜生长、抗氧化酶活性及镉形态、含量的影响

通过土培试验研究了纳米沸石(NZ)和普通沸石(OZ)对2个品种白菜生长、抗氧化酶活性,镉形态和含量的影响.结果表明,施用沸石明显提高了大白菜地上部和根部过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性,使大白菜地上部、植株总干重分别增加了4.5%~96.5%、3.4%~88.4%.施用纳米沸石和普通沸石有效降低了2个品种大白菜地上部和根部镉含量,且降低幅度随沸石施用量的增加而增加.低镉(1 mg·kg~(-1)Cd)条件下,山东四号和新晋菜三号大白菜可食部位(地上部)镉含量较对照(Cd_1+Z_0)分别降低了1.0%~75.0%、19.5%~68.9%(除Cd_1+OZ_5/OZ_(10)处理).高镉水平(5 mg·kg~(-1)Cd)条件下,山东四号和新晋菜三号大白菜可食部位(地上部)镉含量较对照(Cd_5+Z_0)分别降低了7.2%~53.2%(除Cd_5+OZ_(10)处理)、0.7%~63.0%.与普通沸石相比较,纳米沸石处理大白菜可食部位(地上部)镉含量降低10.5%~65.7%.在镉污染土壤上(1 mg·kg~(-1)和5 mg·kg~(-1)Cd),施用纳米沸石和普通沸石使山东四号品种大白菜可食部位(地上部)镉提取总量分别降低了12.4%~68.8%和13.2%~55.6%(除Cd_5+OZ_5处理),使新晋菜三号大白菜可食部位(地上部)镉提取总量分别降低了9.4%~71.5%和3.1%~38.7%(除Cd_1+OZ_5处理),且随着施用量的增加,降低幅度更大.     

不同镉浓度及pH条件下纳米沸石对土壤镉形态及大白菜镉吸收的影响

采用室内培养试验研究了不同镉浓度(1、5、10和15 mg·kg-1)及pH条件下(4、5、6、7和8)纳米沸石和普通沸石施用量(0、5、10和20 g·kg-1)对土壤镉形态分布和CEC的影响,并通过盆栽试验研究了纳米沸石和普通沸石施用量对大白菜生长、镉含量及积累量的影响.结果表明,施用纳米沸石和普通沸石均显著降低了土壤可交换态镉(EX-F)含量和FDC(即土壤中镉的某种形态占总镉的质量分数),增加了碳酸盐结合态(CAB-F)、铁锰氧化态(FMO-F)、有机态(OM-F)和残渣态(RES-F)镉含量和FDC.培养结束时,沸石处理使可交换态镉FDC从0 d时的72.0%~88.0%降至2.4%~10.7%,各处理土壤镉主要以可交换态存在.土壤pH与土壤EX-F镉含量存在极显著的负相关关系(P0.01),与FMO-F和OM-F镉含量存在极显著的正相关(P0.01).土壤CEC与土壤EX-F镉含量均存在极显著负相关关系(P0.01).施用沸石使大白菜植株各部位干重较对照增加了14.3%~131.4%,地上部和根镉含量分别降低了1.0%~75.0%和3.8%~53.2%.新晋菜三号各部位镉含量和镉积累量明显高于山东四号品种.与普通沸石相比,纳米沸石显著提高大白菜生物量的同时,也显著降低了大白菜镉含量及镉积累量.     

四环素类抗生素对土壤-生菜系统的生物效应及其迁移降解特性

四环素类抗生素（TCs）会随畜禽粪便的施用而残留在农田土壤,对蔬菜生长和土壤生态带来风险.本文通过温室土壤盆栽试验,外源添加3种不同水平的土霉素（OTC）、四环素（TC）和金霉素（CTC）,研究了TCs对生菜的生理毒性和在生菜中的吸收转运特性,同时研究了TCs在土壤中的降解和对土壤酶活性以及土壤微生物数量的影响.结果表明,OTC、TC和CTC降低了生菜的生物量,减少了叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量,抑制了净光合速率,提高了SOD、POD和CAT活性;生菜对TCs的吸收量根系>地上部分,随土壤施加的TCs增加吸收量增加,而生物富集系数和转运系数降低;通过人体预测每日摄入量（EDI）和人体每日允许摄入量（ADI）的比值计算TCs暴露引起的人体健康潜在风险值（HQ）,当土壤中OTC、TC和CTC含量低于150 mg·kg^-1时,生菜可食部位的健康风险较低（HQ<0.1）;TCs在不同土壤中的降解速率：对照土 > 根际土 > 非根际土,OTC在土壤中的降解速率显著低于TC和CTC;高含量的TCs（150~1350 mg·kg^-1）处理显著抑制土壤脲酶和根际土的过氧化氢酶活性,减少土壤细菌和真菌的数量.     

不同镉水平下纳米沸石对土壤pH、CEC及Cd形态的影响

通过室内培养试验及土培试验研究了不同镉水平（1、5、10和15 mg·kg^-1）下纳米沸石和普通沸石对土壤pH、CEC及Cd形态的影响.结果表明,室内培养试验中,施用沸石（5、10和20 g·kg^-1）均显著提高了不同镉（1、5、10和15 mg·kg^-1）处理中的土壤pH和土壤CEC值,降低了土壤可交换态镉含量,增加了碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机态和残渣态镉含量,以纳米沸石（20 g·kg^-1）对土壤可交换态镉的降低效果最好.土壤pH、土壤CEC与土壤可交换态镉含量呈极显著负相关（P<0.01）,与铁锰氧化态镉含量均呈极显著正相关（P<0.01）.土培试验中,在1 mg·kg^-1和5 mg·kg^-1 Cd条件下,施用沸石（5、10和20 g·kg^-1）使土壤可交换态镉FDC降低了6.4%~63.2%,使大白菜地上部去离子水提取态镉和乙醇提取态镉的分配比例分别降低了2.1%~56%和11.8%~100%,相同沸石使用量下的降低效果以纳米沸石优于普通沸石.在1 mg·kg^-1 Cd条件下,大白菜地上部镉形态的FDC与土壤CAB-F和OM-F的FDC有显著相关性（P<0.05）;在5 mg·kg^-1 Cd条件下,大白菜地上部镉形态的FDC主要与土壤OM-F和RES-F形态的FDC存在显著相关性（P<0.05）.