万年青在镉铀胁迫下的富集特征和生理生化机制

为探究万年青修复镉铀污染土壤的效率及镉铀胁迫对其生理特性的影响,通过水培试验,研究了不同质量浓度镉(0、20 mg/L、40mg/L)、铀(0、0.1 mg/L、1 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L)胁迫下万年青的生长、生理响应及耐性、吸收和积累特征。结果表明,在相同质量浓度镉胁迫下,随溶液中铀质量浓度升高,万年青丙二醛(MDA)含量呈明显上升趋势,光合色素质量比、可溶性蛋白质质量比、过氧化物酶(POD)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性呈先升后降趋势,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性呈缓慢升高趋势。随铀处理质量浓度升高,根部铀富集系数逐渐降低,转移系数也逐渐下降;万年青对铀元素的富集主要在根部,且从根部向地上部转移的能力随铀处理质量浓度升高而降低。随铀质量浓度增加万年青对铀的富集量逐渐上升,但均表现为根部富集量高于地上部分。当镉、铀质量浓度均为20 mg/L时,万年青对铀的富集量最大,根部富集量达到(898.48±2.53)mg/kg,地上部(茎叶部)富集量达到(277.27±2.52)mg/kg。     

铀胁迫对香根草生理生化指标的影响

采用水培方式研究了不同质量浓度(0、0.1 mg/L、1 mg/L、5mg/L、10 mg/L、20 mg/L)铀胁迫下香根草光合色素质量比、可溶性蛋白质质量比、丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶(超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT)活性、非酶物质(非蛋白巯基NPT、谷胱甘肽GSH和植物络合素PCs)含量的变化.结果表明,铀质量浓度为0.1 mg/L和1 mg/L时,可促进香根草光合色素和可溶性蛋白质质量比的增加,但随铀质量浓度增加,光合色素和可溶性蛋白质质量比逐渐下降.铀胁迫诱导香根草体内MDA含量、POD活性和CAT活性呈明显升高的趋势,SOD活性则表现为逐渐下降的趋势.不同质量浓度铀胁迫对香根草根部NPT、GSH和PCs含量无明显影响,铀质量浓度为0.1 mg/L时香根草根部NPT、GSH和PCs含量略有增加;随铀胁迫质量浓度增加,叶片内GSH含量逐渐下降,NPT和PCs含量则逐渐升高.     

伊乐藻对硝氮、磷胁迫的急性响应

研究了不同质量浓度硝氮和磷的单一胁迫对伊乐藻叶绿素、可溶性蛋白质量比及抗氧化酶SOD、POD和CAT活性的影响。结果表明,在短时间和低质量浓度的硝氮或磷胁迫下,叶绿素和可溶性蛋白质量比的变化不大,SOD、POD和CAT活性则持续增大。在递增硝氮质量浓度胁迫下,叶绿素和可溶性蛋白质量比、CAT活性呈现明显的"低促高抑"现象,SOD和POD活性持续上升;磷胁迫时,叶绿素质量比持续下降,而可溶性蛋白质量比和SOD、POD、CAT活性呈现明显的"低促高抑"现象。在低质量浓度硝氮或磷胁迫时,抗氧化酶随时间延长活性增加,直至危害消除;在高质量浓度硝氮或磷胁迫时,伊乐藻内抗氧化酶活性先升高后降低,最终抗氧化酶系统崩溃。72 h内伊乐藻能耐受26.12 mg/L的硝氮或3.37 mg/L的磷的胁迫,硝氮和磷质量浓度高于此时,伊乐藻作为修复植物是不适用的。     

铀污染环境下植物的光合生理变化及对铀的吸收转移

在25 mg/kg、75 mg/kg、125 mg/kg、175 mg/kg铀(乙酸双氧铀)污染土壤的盆栽试验中,通过光合气体交换参数和叶绿素荧光参数研究了铀对向日葵(Helianthus annuus)、四季豆(Phaseolus vulgaris)、红圆叶苋(Iresine herbstii)、四季牛皮菜(Beta vulgaris L.)和大叶菠菜(Spinacia oleracea)5种植物光合生理的影响。结果表明:1)在不同质量比铀处理下,植物光合生理变化较大。四季豆的净光合速率(Pn)是对照(CK)的35.2%~87.0%,大叶菠菜是CK的147.4%~178.1%,红圆叶苋是CK的112.3%~133.5%,向日葵是CK的98.2%~115.6%,四季牛皮菜是CK的94.7%~108.4%;铀污染使植物的初始荧光(Fo)均降低,最大光化学量子产量(Fv/Fm)增加0.3%~3.7%,但在铀质量比为125 mg/kg和175 mg/kg时,红圆叶苋的Fv/Fm略有下降,为对照的99.3%和98.0%,整体影响不明显。2)茎叶铀质量比以四季豆和大叶菠菜较高,根系铀质量比以四季豆和向日葵较高,整株铀质量比较高的依次是四季豆、大叶菠菜和向日葵。但试验植物地上器官铀质量比均小于根系铀质量比,植株铀质量比小于土壤铀污染量,说明这5种植物的铀转移能力较低。3)四季豆光合系统抗铀胁迫能力较弱,但根系铀质量比是土壤铀污染量的1.55~2.45倍,可以作为固持修复植物。     

外源铀胁迫对铀矿区土壤微生物群落的影响

为考察铀矿区污染土壤再次受到外源铀胁迫下土壤微生物群落的变化情况,采用Biolog-ECO微平板技术,研究了铀胁迫质量比(100 mg/kg、200 mg/kg)和胁迫时间(7 d、14 d)对铀矿区土壤微生物群落的影响,以原土样为空白对照。结果表明,同一铀胁迫质量比下,延长胁迫时间可增强微生物活性,增加群落均匀度;100 mg/kg铀胁迫下,培养14 d的颜色平均变化率(AWCD)是空白对照的1.4倍,群落多样性明显增加;而200 mg/kg铀胁迫下,微生物活性受到一定的抑制,多样性降低。微生物群落对酚酸类碳源的利用能力随外源铀胁迫质量比增加而降低,对胺类和氨基酸类碳源的利用能力随胁迫时间延长而增强。外源铀胁迫质量比主要影响微生物群落对24种碳源的利用,而胁迫时间主要影响对12种碳源的利用活性。     

凤眼莲、大薸对铀胁迫的生理生化响应

为探讨凤眼莲和大薸在铀胁迫下的生理生化响应,通过Hoagland水培试验,研究了不同铀质量浓度处理对凤眼莲和大薸的光合色素质量比、抗氧化酶(SOD、CAT、POD)活性、丙二醛(MDA)含量、游离脯氨酸质量比的影响,以及凤眼莲和大薸对铀的富集能力。结果表明:随铀处理质量浓度增大,凤眼莲和大薸体内铀质量比增加,在50 mg/L铀胁迫下,两者体内铀的质量比达1 550.2 mg/kg和963.0mg/kg;在铀的质量浓度为0.1 mg/L时,凤眼莲和大薸的光合色素质量比无显著变化(p>0.05),随着铀质量浓度的增大,光合色素质量比持续降低;在铀的质量浓度为0.1~1 mg/L时,抗氧化酶系统在凤眼莲和大薸缓解较低质量浓度铀胁迫所引起的膜脂过氧化中发挥了重要作用;凤眼莲对铀的耐受能力要强于大薸;高质量浓度(20 mg/L和50 mg/L)铀处理下,凤眼莲和大薸抗氧化酶活性受到抑制;作为渗透调节物质,二者游离脯氨酸质量比均高于对照。     

巨菌草(Pennisetum sinese)在镉胁迫下的耐性和富集特征研究

通过盆栽试验和池栽试验研究了镉胁迫下巨菌草的生长、生理响应及耐性、吸收和累积特征。结果表明,随镉胁迫质量比增加,巨菌草的株高、根长和生物量总体上均呈指数减少,POD、CAT活性及MDA、SP、As A和GSH含量呈线性、指数、幂函数或二次项变化,地上部和根部的镉质量比和累积量呈线性增加。镉质量比为120 mg/kg时,巨菌草地上部镉质量比和累积量达到最大,分别为46.24 mg/kg和4.06 mg/pot;迁移系数和地上部富集系数分别为0.80~3.00和0.37~3.85。与盆栽试验相比,池栽试验中巨菌草株高、地上部分的生物量显著提高;地上部镉质量比和累积量分别为22.53 mg/kg和7.67 mg/plant,地上部富集系数为0.80,迁移系数为1.14。研究表明,巨菌草在镉胁迫下表现出较强的耐性和富集能力,可以作为一种镉污染土壤的修复植物。     

潮土施镍对小白菜的生物效应及其临界值研究

研究潮土施Ni对盆栽蔬菜的生态效应,并通过小白菜生物量的变化、地上部茎叶Ni质量比及土壤有效态Ni质量比来表征土壤Ni污染的毒性临界值.结果表明,潮土施Ni对蔬菜未表现出增产效应.施Ni量低于25 mg/kg,其生物产量无明显降低.随施Ni量的增加,生物产量呈显著下降,生物量变化与Ni质量比呈高度负相关.潮土施Ni增加茎叶和根系中Fe,Mn,Ca,Mg元素质量比,降低Cu,Zn元素质量比.4种性质不同的提取试剂提取的土壤有效态Ni质量比与植物Ni吸收均呈高度正相关,较好地反映了植物的危害状况,且以DTPA提取效果最佳.以生物减产量突变点为依据,确定潮土施Ni毒害临界值为:土壤全量Ni为41.86 mg/kg,有效态Ni质量比为2.55mg/kg(DTPA)和茎叶Ni质量比为22.39 mg/kg.     

不同类型土壤中施镍对小白菜的生物效应及其临界值

采用土壤营养盆栽方法,研究了不同类型土壤(褐土、棕壤土、栗钙土)中施镍对盆栽小白菜生长发育的影响,并通过小白菜茎叶生物量和镍含量以及土壤中有效态镍含量的变化来表征土壤镍污染的毒性临界值.结果表明,不同类型土壤中施镍可明显增加土壤中有效态镍的含量.促进小白菜植株镍含量的吸收和积累.施镍量低于25 mg/kg时,促进小白菜茎叶鲜物重增加和干物质积累,改善植株水分代谢,促进植株水分吸收;随土壤施镍量增加,小白菜植株镍积累增加明显,干物质积累明显下降,生长发育明显受到抑制.土壤中有效态镍含量与小白菜茎叶和根系中的镍含量均达极显著正相关,与小白菜茎叶鲜重和干物重表现为显著或极显著负相关.暂以小白菜生物量突变点为依据,其毒害临界指标分别为:褐土有效态镍质量比为8.59 mg/kg,茎叶镍质量比为20.51 mg/kg;棕壤土有效态镍质量比为6.21 mg/kg,茎叶镍质量比为16.40 mg/kg;栗钙土有效态镍质量比为6.83 mg/kg,茎叶镍质量比为16.36 mg/kg.     

稀土元素镧-铜胁迫下蚯蚓的抗氧化防御反应

采用自然土壤染毒法研究了稀土元素镧(La)和铜(Cu)复合污染对蚯蚓体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性的影响。结果表明,La和Cu复合染毒对抗氧化防御系统产生了一定的联合毒性效应,其联合毒性效应与暴露时间和不同质量比的组合密切相关。不同剂量La与不同背景质量比Cu复合时,低剂量La作用下,SOD活性呈现上升趋势;高剂量La作用下,SOD活性呈现先上升后下降的变化趋势。这表明复合胁迫使蚯蚓受到的环境胁迫作用增强,且复合胁迫超过其耐受阈值。不同剂量La与不同背景质量比Cu复合时POD活性出现明显波动,总体呈逐渐上升趋势,表明复合胁迫使蚯蚓受到的环境胁迫作用增强。不同剂量La与50 mg/kg Cu复合胁迫时,CAT活性先上升后下降,表明La的存在在一定程度上降低了Cu对蚯蚓的毒性效应;不同剂量La与200 mg/kg Cu、600 mg/kg Cu复合胁迫时,蚯蚓受到的环境胁迫作用增强。     

海泡石对Cd胁迫下水稻幼苗生理生化特性的影响

为了研究海泡石钝化修复Cd污染土壤对水稻幼苗生理生化特性的响应,通过盆栽试验研究了海泡石对水稻生物量和水稻体内叶绿素a+b、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、SOD、POD酶活性以及MDA含量的影响.结果表明,不同质量比Cd胁迫在不同程度上降低了水稻幼苗生物量和叶绿素a+b、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的质量比.其中,地上部和地下部生物量在Cd质量比为5 mg/kg时降低幅度最大,均降低了42.8％.随着土壤中Cd质量比增大,水稻幼苗叶片SOD、POD酶活性先应激性升高,然后降低,而根系SOD、POD酶活性则一直降低;水稻幼苗叶片和根系MDA含量均随着Cd质量比的升高而升高.投加海泡石均不同程度上提高了叶绿素a+b、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的质量比,促进了水稻幼苗的生长和发育,在Cd质量比为2～5mg/kg时,地上部生物量分别增加了24.3％～75.3％和20.4％～72.7％.水稻幼苗叶片和根系SOD与POD酶活性均在海泡石质量比为50 mg/kg时显著升高(p＜0.05);当Cd质量比为2 mg/kg和5 mg/kg时,投加5～50 mg/kg海泡石后水稻幼苗MDA含量分别降低了28.3％～71.0％和69.5％～84.4％,显示膜脂过氧化作用减弱.研究表明,利用海泡石原位钝化修复Cd污染农田土壤有效可行.     

酸化土壤与镉对大豆萌发种子抗氧化保护酶的复合影响

为探索酸化土壤与镉对大豆萌发种子抗氧化保护酶的复合影响,采用种子常规萌发试验的方法,模拟pH=5.93和pH=2.5的酸化土壤,并用0.182 mg·L-1和20 mg·L-1的Cd2+处理大豆种子,测定不同酸化土壤及镉浓度胁迫对大豆萌发种子过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、丙二醛(MDA)和质膜透性的影响.结果表明,轻度酸化土壤(pH=5.93)或低质量浓度镉(0.182 mg·L-1)可激活POD与CAT活性,降低MDA含量及质膜透性,且与胁时相关;复合处理上述效应更显著,但随胁时延长4指标变幅加大,膜系统恢复时间推后.重度酸化土壤(pH=2.5)与高质量浓度镉(20 mg·L-1)胁迫下的POD与CAT活性随胁时延长而降低,MDA含量及质膜透性则随胁时延长而升高;低-高、高-高复合处理时,4指标随胁时延长变幅更大,7 d时偏离CK更显著,且CAT、MDA和质膜透性峰值推后.由此可见,酸化土壤与镉复合污染可加剧对种子萌发的伤害,二者存在协同作用.     

钴在蚕豆中积累与分布的动态变化

采用模拟钴污染土壤的方法,研究了不同质量比的钴污染土壤(0、10 mg/kg、25 mg/kg、40 mg/kg)对不同时期(初期、营养生长期、成熟期)蚕豆植株生长及各部位钴的积累与分布特征的影响。结果表明,1)在不同质量比的钴处理下,植株总生物量在成熟期均达到最大,钴质量比越高,对植株的毒害作用越大。当钴质量比为40 mg/kg时,成熟期植株的总生物量比对照组降低了70%。2)钴处理后,各时期植株不同部位钴质量比由大到小均为根部、叶部、其他部位。3)在初期和营养生长期,70%以上的钴积累在根部;而在成熟期,根部钴积累量所占比重急剧下降,此时籽实钴积累量比重达到22%~46%,表明在成熟期,大量的钴向籽实中转移积累。4)土壤钴质量比越高,植株单株钴积累量越大,并且中高质量比的钴明显抑制了植株持续积累钴的能力。当钴质量比为25 mg/kg、40 mg/kg时,单株积累量在营养生长期最大。5)随土壤钴质量比增加,植株将钴由根部转移至地上部的能力逐步降低,而地上部富集钴的能力越来越强,这在初期和营养生长期表现得比较明显。     

镉胁迫对节杆菌(Arthrobacter sp.)和芽孢杆菌(Bacillus sp.)生理生化特性的影响

将节杆菌和芽孢杆菌分别暴露于不同质量比的镉溶液中,进行不同暴露时间的急性毒性试验.结果表明,20 mg/kg的Cd(Ⅱ)处理会使节杆菌中还原型谷胱甘肽(GSH)质量浓度显著降低,细胞膜脂质过氧化产物——硫代巴比妥酸活性物质(TBARS)浓度显著升高;0.2mg/kg的Cd(Ⅱ)处理会使芽孢杆菌中GSH质量浓度、过氧化氢酶(CAT)活性显著降低.节杆菌的可溶性蛋白、可溶性糖质量浓度随暴露时间延长而减少,GSH质量浓度、CAT和超氧化物歧化酶(SOD)活性随暴露时间延长而增加,TBARS浓度呈先减后增的变化趋势;芽孢杆菌的可溶性蛋白质量浓度、CAT活性和TBARS浓度呈先增后减的变化趋势,可溶性糖、GSH质量浓度和SOD活性呈先减后增的变化趋势.镉处理对节杆菌和芽孢杆菌具有一定的胁迫作用,两种菌通过启动不同的抗性系统来抵抗外界胁迫.     

外源水杨酸对Pb2+胁迫下玉米幼苗生理特性的影响

为了研究水杨酸对重金属胁迫下植物幼苗的缓解效应,以玉米叶片的叶绿素、游离脯氨酸、可溶性蛋白质量比和丙二醛(MDA)含量,以及过氧化物酶(POD)与超氧化物酶(SOD)活性为指标,采用水培法研究了不同质量浓度水杨酸对150 mg/L Pb2+胁迫下玉米幼苗生理特性的影响.结果表明,经30 mg/L水杨酸缓解后受迫玉米幼苗的根长、株高和根系活性明显增加,叶片的叶绿素、游离脯氨酸与可溶性蛋白质量比均明显提高,叶片的SOD与POD活性均高于对照组和各处理组,且叶片的MDA含量显著降低.外源水杨酸可通过正向调控植物物质与能量代谢,以及保护酶系统活性来维持细胞膜的稳定性,并有效减缓膜脂过氧化进程,缓解了Pb2+胁迫对玉米幼苗的毒害.     

黑麦草对TCP污染土壤的修复研究

通过生物盆栽试验研究了黑麦草(Lolium multiflorun L)对2,4,6-三氯酚(TCP)污染土壤的修复作用及其对污染土壤中微生物生物量碳、多酚氧化酶和过氧化氢酶活性的影响.结果表明,培养75 d后土壤中TCP的可提取态质量比随着时间延长而逐渐减少,黑麦草加快了土壤中可提取态TCP质量比的下降.在TCP质量比为1mg·kg-1、10 mg·kg-1、100 mg·kg-1的处理中,种植黑麦草的去除率分别为92.5%、78.2%、55.6%,无植物处理的去除率分别为56.3%、49.2%、37.5%.黑麦草在TCP各质量比处理的污染土壤中能够存活,状态良好.种植植物士壤中的微生物生物量碳以及多酚氧化酶和过氧化氢酶的活性都存在增加的趋势,明显高于对照土壤(p＜0.05),提高了土壤植物和微生物对污染物的降解能力.同时,高质量比处理对酶的活性也有一定的抑制作用.由于土壤自身具有修复TCP污染的自然本能,种植黑麦草具有强化TCP污染土壤的修复作用,可以通过促进黑麦草生长,增加土壤酶的活性,增强土壤微生物活性,提高黑麦草修复TCP污染土壤的能力.     

草酸对Cr胁迫下李氏禾解毒性能的影响

结合因子分析方法分析了草酸对Cr胁迫下李氏禾解毒性能的影响。研究过氧化氢酶(CAT)、可溶性糖、生长指标的变化情况,并运用因子分析方法筛选出最能表征李氏禾生长特性的指标,进而较科学的研究外源草酸对Cr胁迫下李氏禾解毒性能的影响。Cr质量浓度为0、200、400 mg/kg的土壤中,适当浓度草酸对李氏禾CAT影响表现出极显著差异(P0.01);当土壤中Cr质量浓度200 mg/kg,草酸质量浓度为80、120 mg/kg时,可溶性糖浓度分别比本组对照降低了23.59%、32.65%;株高可作为关键因子的关键变量。外源草酸可以增强李氏禾对Cr的解毒性能且与草酸浓度有关,因子分析方法可以应用于李氏禾研究中。     

镉胁迫对大豆生长及籽粒中营养元素含量的影响

为了探明Cd胁迫下大豆生长发育及籽粒中Cd的积累和污染状况,采用土壤盆栽实验方法,研究了在两种土壤(红壤和河潮土)中添加不同质量比的Cd对大豆籽粒中N、P、K和Zn含量的影响,并对籽粒中Cd的累积量进行了分析.结果表明,两种土壤中添加低质量比Cd(0.25 mg/kg)均可促进大豆的生长,高质量比Cd则表现为抑制作用.不同质量比Cd的处理均降低大豆籽粒中N的质量分数.其下降幅度随Cd质量比的升高而增加;低质量比(0.25～0.50 mg/kg)Cd胁迫下,大豆籽粒中Cd-P表现为协同作用,高质量比Cd时则表现为拮抗作用;Cd-K在低质量比Cd胁迫下表现为拮抗作用;Cd-Zn在籽粒中表现为协同作用,叶片中则表现为拮抗作用.将土壤与大豆籽粒中Cd的质量比进行回归分析,表明在红壤中种植大豆,籽粒未受Cd污染(<0.20 mg/kg)的土壤的Cd临界质量比为0.157 mg/kg,河潮土则为0.769 mg/kg.     

咸水淋洗对广东大万山岛土壤理化性质影响的研究

海水对海岛土壤理化性质的影响不容忽视,但目前对南方海岛土壤的盐胁迫效果研究仍不多见。为了研究海岛工程建设运行过程中海水盐分对土壤的胁迫作用所导致的土壤环境问题,选取广东大万山岛土壤,利用土柱淋溶和ICP-AES测定方法,以质量分数为0、1%、3%、5%、7%的Na Cl溶液作为淋溶的盐溶液,研究了咸水淋洗对土壤理化性质的影响。大万山岛土壤阳离子交换量为2. 68 cmol+/kg,有机质质量比为51. 71 g/kg,p H值为4. 99,电导率为49. 4μS/cm。结果表明,随淋洗液中盐质量分数增加,土壤淋出液的p H值逐渐降低,淋出的Ca、Mg累积量逐渐增加。当淋洗液盐质量分数从0逐渐升高至7%时,土壤淋出的Ca、Mg累积量分别从2. 63 mg/kg和1. 02 mg/kg上升到218. 82mg/kg和51. 29 mg/kg。在不同质量分数盐淋洗液淋洗后,土壤的阳离子交换容量发生显著变化。土壤的有机质质量比在不同质量分数盐淋洗液的淋洗下大大降低,当淋洗液的盐质量分数为7%时,土壤有机质质量比仅为9. 61 g/kg。由此可以判断,咸水淋洗对广东大万山岛土壤产生了负面影响。     

稀土铽对辣根抗氧化酶的影响

为了解重稀土对植物的生态毒理学作用,给稀土农用的环境安全问题积累基础实验资料,以辣根为观测材料进行实验,以稀土铽(Tb)(Ⅲ))作为探针,研究不同质量比浓度Tb(Ⅲ)对辣根过氧化物酶(HRP)活性,过氧化氢酶(CAT)活性和过氧化氢(H2O2)含量的影响.实验结果显示,低质量比的Tb(Ⅲ)对辣根HRP和CAT有激活作用;相反,高质量比Tb(Ⅲ)对HRP和CAT活性有抑制作用.具体表现为辣根HRP和CAT酶活性先升后降,在Tb(Ⅲ)质量比为1mg/kg时,HRP酶活性比CK植株增大5.3%,CAT的酶活性比CK植株增加1.23%.H2O2含量则是呈先降后升趋势,在Tb(Ⅲ)质量比为3mg/kg时,辣根体内的H2O2含量比CK植株降低11.68%.HRP对Tb(Ⅲ)的反应更为敏感,它可以成为研究稀土毒理的重要生物标志物.