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.     

锌在长柔毛委陵菜细胞内的分布和化学形态研究

采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法研究了Zn在长柔毛委陵菜(Potentilla grifithii Hook)叶片、叶柄和根系中的亚细胞分布和赋存形态。研究表明,细胞壁是Zn在长柔毛委陵菜细胞内的主要分布位点,其次是含核糖体的可溶部分和细胞核部分,而在叶绿体和线粒体的分布很少。叶片中,提高Zn处理水平,Zn向细胞壁和可溶部分的分配减少,而在细胞核部分的分配增加;叶柄中,提高Zn处理浓度增加了Zn在可溶部分的分配;根系中,Zn在各组分中的分配不受Zn浓度影响。在Zn赋存形态上,植物体内以氯化钠提取态和水提取态为主导形态;提高Zn处理水平,醋酸提取态的分配明显减少,水和乙醇两种提取态的分配增加;而其他形态Zn在植物体内的分配则很少。显示细胞壁和液泡是Zn在长柔毛委陵菜细胞内的重要结合位点,且可能主要与水溶性和酯溶性的有机配位体结合。     

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.     

Cd胁迫下不同水稻品种组织细胞中Cd的转运分配研究

采用土培试验,以越冬稻、R1088(籽粒Cd低积累)和IR34582、太粳558(籽粒Cd高积累)4个水稻品种为试验材料,研究不同水稻品种在Cd0(不加Cd)、Cd5(5 mg·kg~(-1))和Cd25(25 mg·kg~(-1))胁迫下对Cd的吸收、转运及其分配特征,以期为培育镉低积累水稻品种提供科学依据。结果表明,(1)Cd胁迫下,Cd低积累水稻品种根Cd含量显著高于Cd高积累水稻品种,而地上部Cd含量却显著低于Cd高积累水稻品种;同时,其TF_(根-茎)和TF_(茎-叶鞆)也显著低于Cd高积累水稻品种。(2)Cd在各组织亚细胞中的含量表现为细胞壁可溶部分细胞膜细胞器。Cd胁迫下,Cd低积累水稻品种根系细胞壁(F1)、细胞器(F2)、细胞膜(F3)和可溶部分(F4)Cd含量均显著高于Cd高积累水稻品种,而茎、叶鞘和叶中F1、F2、F3和F4Cd含量却显著低于Cd高积累水稻品种。(3)不同水稻品种各组织间转移系数与根系Cd亚细胞分布比例相关性分析表明,Cd5处理中,TF_(根-茎)分别与F1和F4分配比例呈极显著负相关和显著正相关,相关系数分别为-0.93 1(P0.01)和0.702(P0.05);Cd25处理中,TF_(根-茎)与F1和F4分配比例呈极显著负相关和极显著正相关,相关系数分别为-0.908和0.786(P0.01)。综上所述,Cd胁迫下水稻各组织Cd含量显著增加,且Cd含量和TF_(根-茎)在Cd高低积累水稻品种间存在显著差异,根系细胞壁和可溶部分在Cd从根部向上转运的过程中起着重要作用。     

不同水稻品种对镉积累的差异及其与镉亚细胞分布的关系

采用土培试验,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,研究成熟期水稻在Cd0(不加Cd)、Cd5(5 mg·kg~(-1))和Cd25(25 mg·kg~(-1))胁迫下,Cd在水稻各组织中的积累差异及其与Cd亚细胞分布的关系,为培育Cd低积累水稻品种和水稻安全生产提供科学依据。结果表明:(1) Cd胁迫下,约65%～83%的Cd积累于根系,低积累品种根系Cd含量显著高于高积累品种,而地上部却相反;(2)高积累品种往地上部转运Cd的效率以及地上部各组织往籽粒转运Cd的效率均显著高于低积累品种;(3) Cd胁迫下,低积累品种根中细胞壁(F1)、细胞器(F2)、细胞膜(F3)和可溶部分(F4)中Cd含量显著高于高积累品种,而茎、叶鞘和叶中却相反;(4)低积累品种根和茎中F1中Cd分配比例均显著高于高积累品种,而F4中Cd分配比例却相反;在叶鞘和叶中,F1、F4中Cd分配比例在不同品种之间无显著差异。(5) Cd胁迫下,TF_(根-茎)和TF_(茎-糙米)均与F1中Cd分配比例成显著负相关关系,而与F4中Cd分配比例成显著正相关关系。综上,高积累品种往地上部转运Cd的能力强于低积累品种;低积累品种根和茎中细胞壁限制了Cd的迁移;而高积累品种根和茎中可溶部分在Cd从根部向上以及从茎向籽粒转运过程中起着重要作用。     

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。     

Cd胁迫对续断菊Cd吸收分配及有机酸代谢的影响

通过水培试验,研究了Cd在续断菊(Sonchus asper L.Hill.)体内的亚细胞分布、化学形态,Cd对续断菊地上部和根部有机酸含量的影响,以及根系分泌低分子有机酸对Cd胁迫的响应.结果表明:(1)续断菊根部和地上部的Cd含量随Cd处理浓度增加而显著增加;(2)Cd在续断菊体内的化学提取形态分布为:NaCl提取态(F_(NaCl))HAC提取态(F_(HAC))HCl提取态(F_(HCl))残渣态(FR)去离子水提取态(FW)乙醇提取态(FE);(3)续断菊体内的Cd主要分布在细胞壁中,占总Cd含量的36%—47%,且随着Cd浓度的升高,细胞壁中的分布量增加;其次是细胞核中,占总含量的20%—33%;(4)续断菊体内低分子有机酸含量大小为:酒石酸苹果酸柠檬酸乙酸,酒石酸占有机酸总量的68%—96%,植株地上部和根部Cd含量均与体内苹果酸和柠檬酸含量显著正相关,相关系数为0.993和0.994(P0.01)、0.953和0.982(P0.05);(5)不同Cd浓度下,续断菊根系分泌低分子有机酸主要为酒石酸,占有机酸总量的52%—89%,且在30 d时与植株地上部和根部Cd含量显著正相关,相关系数为0.967和0.978(P0.05).根系分泌酒石酸和苹果酸促进了续断菊对Cd的吸收,续断菊体内的苹果酸和柠檬酸参与Cd的吸收、运输、积累,从而缓解了Cd的危害;同时,细胞壁固持和活性较强化学形态的减少是续断菊耐Cd胁迫的主要机制.     

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。     

大气PM_(2.5)中重金属的化学形态分布

运用多级连续提取法,对广州市不同季节不同采样高度大气PM2.5中重金属的化学形态和生物有效性进行分析。研究表明,PM2.5中各重金属元素之间的化学形态分布差异较大,Zn、Cd、As、Mn主要分布在F1(可溶态与可交换态)和F2(碳酸盐态、可氧化态与可还原态),绝大部分的Pb以F2存在,Ni和Mo主要分布在F1和F3(有机质、氧化物与硫化物结合态),Cu主要以F2和F3存在,Cr主要分布在F3和F4(残渣态),Co则4种形态平均分布。采样高度对重金属的化学形态分布影响不大,同一采样期内楼顶与地面样品中同一元素的化学形态分布结果比较一致。两个采样季节重金属的形态百分比存在不同程度的变化,2007年春重金属的不稳定态(F1)比例比2006年秋普遍增加,次稳定态(F2、F3)比例减少。在10种重金属中,Cd、Zn、Pb和As的生物有效性系数高(>0.7),属于生物可利用性元素,在环境中的活动性要明显高于其它元素;Mn、Cu、Mo、Co、Ni和Cr元素的生物有效性系数值在0.2～0.6之间,属于潜在生物有效性元素,在环境中比较稳定。     

大气PM2.5中重金属的化学形态分布

运用多级连续提取法,对广州市不同季节不同采样高度大气PM2.5中重金属的化学形态和生物有效性进行分析。研究表明,PM2.5中各重金属元素之间的化学形态分布差异较大,Zn、Cd、As、Mn主要分布在F1(可溶态与可交换态)和F2(碳酸盐态、可氧化态与可还原态),绝大部分的Pb以F2存在,Ni和Mo主要分布在F1和F3(有机质、氧化物与硫化物结合态),Cu主要以F2和F3存在,Cr主要分布在F3和F4(残渣态),Co则4种形态平均分布。采样高度对重金属的化学形态分布影响不大,同一采样期内楼顶与地面样品中同一元素的化学形态分布结果比较一致。两个采样季节重金属的形态百分比存在不同程度的变化,2007年春重金属的不稳定态(F1)比例比2006年秋普遍增加,次稳定态(F2、F3)比例减少。在10种重金属中,Cd、Zn、Pb和As的生物有效性系数高(>0.7),属于生物可利用性元素,在环境中的活动性要明显高于其它元素;Mn、Cu、Mo、Co、Ni和Cr元素的生物有效性系数值在0.2～0.6之间,属于潜在生物有效性元素,在环境中比较稳定。