蓖麻对镉的耐性、积累及与镉亚细胞分布的关系

本研究以淄蓖麻3号为供试材料,通过营养液栽培实验,研究了不同Cd浓度(0、10、25、50、100、200、400μmol·L-1)对蓖麻生理特性、镉积累和亚细胞分布特征的影响,揭示镉细胞分布特征对镉耐性与积累的影响.结果表明,镉处理对蓖麻叶片丙二醛含量影响不显著,叶绿素含量则对镉具有较强的敏感性,可作为蓖麻镉耐性的评价指标.随着营养液镉含量的增加,蓖麻根、茎、叶镉含量均呈上升趋势,各器官镉含量呈现出根茎叶的分配特征,根系对镉具有较强的积累能力和滞留作用.镉在蓖麻根系和叶片各亚细胞组分的含量均为可溶组分细胞壁细胞器,随着镉胁迫的增加,蓖麻根系细胞壁中镉的相对含量呈增加趋势,可见液泡区隔化和细胞壁固持是蓖麻应对镉胁迫的重要耐性机制.镉在蓖麻体内的茎-叶转移系数为0.35~0.62,而根-茎转移系数仅为0.02~0.11,可见镉从根系向茎的转移能力较弱是降低蓖麻地上部镉富集的重要原因.统计分析表明,蓖麻根系镉的亚细胞分布特征对镉从根向茎的迁移转化能力有显著影响.根-茎转移系数随着根系细胞壁和细胞器镉分配比例的增加而递减,随可溶组分镉分配比例的增加而递增.     

不同品种辣椒镉亚细胞分布和化学形态特征差异

前期试验对91个辣椒品种资源进行筛选,以高积Cd型品种(X55)、中积Cd型品种(27)和低积Cd型品种(17)各一份,采用盆栽试验研究不同镉水平(0、5和10 mg·kg-1Cd)下3个品种辣椒Cd转移和富集能力差异以及镉在果实中亚细胞分布和形态特征.结果表明,Cd胁迫下,辣椒地上部干重在种间表现为品种X55 17 27.果实Cd转移系数在同一Cd水平下均表现为品种17 27或X55.辣椒果实各亚细胞组分中Cd含量在种间表现为品种27 17 X55.辣椒根、茎、叶和果各亚细胞组分中Cd含量均表现为细胞壁(F1)细胞器(F2)细胞可溶性组分(F3),Cd被限制在细胞壁中,在辣椒Cd解毒机制和抗性中起重要作用. 3个品种辣椒果实各Cd化学形态含量随Cd处理水平的增加而增加,且大小均表现为CdNaClCdHAC CdR CdHCl CdW CdE.辣椒果实中的CdNaCl和CdHAC占比例较大可能是辣椒降低Cd生物毒性的一种防御机制.     

砷超富集植物蜈蚣草中磷和钙的亚细胞分布及其与耐砷毒的关系

为了在研究砷超富集植物蜈蚣草中磷和钙的亚细胞分布,并探讨其与蜈蚣草耐砷毒的关系进行了试验研究.结果表明,蜈蚣草吸收的磷主要分布在胞质组分中(平均占各部位总磷含量的44%以上),吸收的钙主要分布在细胞壁组分中(平均占各部位总钙含量的48%以上).与低钙(0.03和2.5 mmol·L-1)处理相比,高钙(5.0 mmol·L-1)处理时,根部的胞质组分和叶柄的细胞器组分中磷含量较高.各器官的亚细胞组分中钙含量随着介质中添加钙浓度的提高而增加.介质钙浓度过高会抑制蜈蚣草的生长.在加砷处理下,根部和叶柄细胞壁组分的磷含量有所减少,但地上部细胞器组分的磷含量及其含磷总量占植株含磷总量的相对比例、根部细胞壁组分的钙含量增加.蜈蚣草自主调节磷和钙的亚细胞水平分布可能是其耐砷毒的机制之一.     

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.     

改良锰矿渣中木本植物筛选及锰的亚细胞分布和化学形态

针对锰矿矿渣土壤结构不良、养分少、重金属含量高的特点,及修复植物大多为草本植物的问题,在改良锰矿矿渣(对照CK:100%矿渣+0.1 kg磷肥;改良A:80%矿渣+20%泥炭土+0.1 kg磷肥;改良B:70%矿渣+30%泥炭土+0.1 kg磷肥;改良C:60%矿渣+40%泥炭土+0.1 kg磷肥)种植条件下,对湖南本土的14种木本植物进行耐性筛选,并对长势良好的耐性植物的亚细胞分布和化学形态进行了分析。结果表明:1)植物长势、生物量、株高增量、重金属的吸收量及转移量系数均呈现改良组>对照组的规律,但改良组之间不同的植物品种存在差异,总体上泡桐、夹竹桃、栾树、乌桕表现出较好的耐性。2)Mn在泡桐、夹竹桃各部位的亚细胞分布以细胞壁为主,在栾树、乌桕各部位以细胞壁和可溶性组分为主,两者共占总量的85%～99%,在线粒体、叶绿体和细胞核等细胞器中分布均很少。3)Mn在植物各部位的化学形态以氯化钠、水提取态为主,共占47%～81%,其次是醋酸态。相比于对照组,改良组对各部位Mn的化学形态的影响因植物品种不同而存在差异。     

施硅对白菜体内镉的分布及其吸收迁移的影响

在土壤外源镉污染下,施硅考察土培盆栽条件下白菜体内不同部位间镉的分布及其吸收迁移状况。试验表明,施硅显著降低白菜根、茎、叶中的镉含量和镉累积量,随土壤外源镉污染加剧,施硅抑制白菜各器官吸收累积镉的效果愈好,且不同硅水平处理间的差异亦渐趋显著。硅降低根的镉吸收系数,在土壤外源镉处理下,施硅降低镉的初级转移系数和次级转移系数以及地上部的镉转移系数,显著降低地上部的镉吸收系数;施硅增加白菜根、茎、叶中的硅含量和硅累积量,硅含量和硅累积量的分布为根>叶>茎和叶>茎>根,与镉含量和镉累积量的分布规律一致,白菜体内有可能形成硅-镉复合物以减轻镉的毒害。     

镉在3种乔木中的积累及其亚细胞分布和化学形态研究

研究不同镉（Cd）浓度（0、25、50、100、200 mg·kg^-1）处理下,栾树（Koelreuteria paniculata）、臭椿（Ailanthus altissima）、银杏（Ginkgo biloba）3种乔木叶、枝、根中Cd的含量与积累特征,并分析Cd对其叶片超微结构的影响,探讨Cd在3种乔木叶片与根系中的亚细胞分布和化学形态特征.结果表明,3种乔木体内的Cd含量随着土壤Cd处理浓度的增加而增加,且主要积累在根部.栾树和臭椿各器官中的Cd含量显著高于银杏,表明栾树和臭椿对Cd的积累能力强于银杏.高浓度Cd处理下,栾树和臭椿叶片细胞结构损伤明显,细胞内出现大量黑色絮状物,且附着在细胞壁及细胞器的表面.而银杏叶片细胞无明显损伤特征,说明银杏对Cd的耐受性强于栾树和臭椿.3种乔木叶片中的Cd多存在于细胞壁或可溶性组分中,根系中的Cd多存在于细胞壁中,Cd在各组织的叶绿体、线粒体和细胞核等细胞器中分布较少.3种乔木叶片和根系中分别以移动性和毒性相对较低的HAc、NaCl提取态Cd分配比例最大.3种乔木各器官对Cd的积累能力与其叶片细胞中叶绿体与线粒体组分Cd占比有显著负相关关系,与叶片中HAc提取态Cd分配比例呈显著正相关性.     

粉葛对农田土壤镉的富集特征

选用生长速度快、生物量大、经济价值高的富集植物是重金属生物修复新的突破口。为研究粉葛对农田土壤镉(Cd)的富集特征,采用大田试验探讨3种污染程度下粉葛不同部位葛根(葛粉和葛渣)、葛头、主藤、侧枝和叶片中Cd浓度。结果表明：粉葛不同部位中Cd浓度表现为侧枝（8.96 mg/kg）>主藤（6.85 mg/kg）>叶片（5.22 mg/kg）>葛头（2.80 mg/kg）>葛渣（1.36 mg/kg）>葛根（1.21 mg/kg）>葛粉（0.16 mg/kg）,且随土壤污染程度增加而增加,表现为中、高污染显著高于低污染（P<0.05）。除葛根外,粉葛其他部位对土壤Cd的富集系数均大于1(1.09~8.65),转运系数为2.59~8.98。粉葛各部位中Cd的分配率表现为侧枝（35.64%~43.81%）>主藤（21.55%~25.49%）>叶片（15.40%~23.63%）>葛根（7.03%~9.94%）>葛头（5.99%~9.57%）。粉葛各部位生物量表现为葛根>侧枝>叶片>主藤>葛头,粉葛对Cd移除量随土壤污染程度递增,具体为高污染(45.39 g/hm²)>中污染(39.96 g/hm²)>低污染(16.56 g/hm²)。总体上,粉葛各部位中Cd浓度与土壤有机质、有效态Cd、总Cd浓度呈显著正相关,而与土壤pH均呈负相关。在Cd污染农田土壤治理中,粉葛(用作葛粉)对Cd污染农田土壤修复具有应用价值。

     

速生树种竹柳对重金属胁迫的生理响应

为探讨速生树种竹柳(Salix sp.)对重金属胁迫的生理响应及耐受机制,以竹柳三号和竹柳五号为试验材料,在重金属复合污染(镉、铜、锌)的水稻土条件下处理65 d后,研究了其叶片叶绿素(Chl)、类胡萝卜素(Car)、可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白、丙二醛(MDA)含量及过氧化物酶(POD)和超氧化歧化酶(SOD)活性的响应变化.结果表明:重金属胁迫下,两种竹柳叶片的叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖、可溶性蛋白含量均显著(p0.05)降低,而脯氨酸含量、过氧化物酶、超氧化歧化酶活性均显著(p0.05)升高.重金属胁迫下,竹柳三号叶片的脯氨酸、可溶性蛋白含量和超氧化歧化酶活性均显著(p0.05)低于竹柳五号,而叶绿素b含量和过氧化物酶活性反之.对照土壤中,竹柳三号的可溶性糖、可溶性蛋白含量和过氧化物酶、超氧化歧化酶活性均显著低于竹柳五号,叶绿素含量反之.两种竹柳的叶绿素a/叶绿素b值、丙二醛含量无显著差异.综上所述,叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖和可溶性蛋白含量等可以作为竹柳耐重金属胁迫的评价指标.竹柳五号在重金属胁迫作用下可维持较高的可溶性糖、可溶性蛋白含量和过氧化物酶、超氧化歧化酶活性,因此,竹柳五号比竹柳三号对重金属胁迫有更强的耐性.     

蕹菜镉积累典型品种的根际土壤酶研究

通过在镉含量高、低不同的2种土壤上的自制根箱试验并对所种植作物的镉含量进行相关性分析,研究了两种蕹菜镉积累典型品种,强坤柳叶白骨（QK,Cd-PSC）和台湾308纯白柳叶（T-308,非Cd-PSC）的根际土壤酶区系.结果表明：品种间茎叶镉含量差异极显著;在高镉条件下,蕹菜茎叶Cd含量与根际转化酶活性呈显著正相关;在低镉条件下,与根际碱性磷酸酶活性呈显著负相关.     

不同铁营养状况下根系特征及蒸腾对黄瓜幼苗吸收镉的影响

采用营养液培养方法,研究了不同铁营养状况下的根系形态变化及蒸腾作用对不同品种黄瓜幼苗吸收镉的影响.结果表明,不加铁处理对地上部生物量的影响大于对根系的影响,并且不同品种间生物量差异显著.不加铁处理和低水平铁处理时,黄瓜根长变长、根表面积变大.与不加铁处理相比,加铁处理显著抑制了黄瓜根系对镉的吸收,中农5号(缺铁敏感黄瓜品种)和津春4号(缺铁不敏感黄瓜品种)每克根对镉的吸收量分别降低了25.5%~45.5%和28.8%~55.0%;但却增加了镉向地上部的转运,镉在叶中的分配系数分别增加了2.2~3.6倍(中农5号)和2.6~3.7倍(津春4号).缺铁敏感的中农5号吸镉总量与根长、根表面积都呈显著正相关性,而缺铁不敏感的津春4号吸镉总量与根长、根表面积之间的关系不显著.不管是中农5号还是津春4号,其蒸腾速率与每克根吸收镉的量均呈显著的正相关关系.不同铁营养状况影响了黄瓜幼苗的根系形态和蒸腾速率,从而影响了根系对镉的吸收,高铁水平显著抑制了黄瓜根系对镉的吸收.     

辽河口海域叶绿素a的时空分布特征及其影响因素

2013年8月、2013年10月和2014年5月先后3次对辽河口海域进行航次调查,对相关数据运用多种分析方法,研究了浮游植物粒级结构的时空分布特征及其主要环境影响因子。结果表明:辽河口叶绿素a浓度的季节变化特征表现为夏季最大、春季次之、秋季最小。空间分布特征表现为:春季西北部浓度高,东南区域浓度较低;夏秋呈相反的分布特征在夏季为近河口区域低、河口外区域高,且区域之间的浓度差异较大,最大值出现在西南区域;秋季表现为近河口区域高,远离河口区域较低,叶绿素a较大值主要分布在靠近河口的区域。在不同季节,不同粒径对叶绿素a的贡献率也不尽相同,Nano-级对总叶绿素a的贡献率在3个季度中均为最大。影响叶绿素a浓度变化的环境因素复杂:在春季,硝酸盐与叶绿素a呈负相关;在夏季,硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐以及总氮均与叶绿素a呈显著负相关,悬浮物浓度与叶绿素a之间呈显著负相关,表层水温(SST)与叶绿素a表现为显著正相关;在秋季,悬浮物(SS)与叶绿素a存在显著正相关。     

不同浓度镉胁迫对3种芥菜型油菜幼苗生理特性的影响

2012年全球镉产量已增至2.3万t,镉污染对人类的伤害日趋严重。在芥菜型油菜(Brassica juncea)晋油6号、川油A-6和内引I号中,筛选出一个对重金属镉有较强耐受力的品种。水培条件下,利用不同浓度的外源镉对油菜幼苗进行处理,研究镉胁迫对芥菜型油菜幼苗叶绿素和丙二醛(MDA)含量、可溶性蛋白质浓度以及过氧化氢酶(CAT)活性的影响。3个参试品种中,晋油6号对重金属镉的耐受力最强。随着镉处理浓度的增大,晋油6号叶绿素含量的降低最为缓和,丙二醛的增长量最低,且通过产生新的可溶性蛋白质和提高过氧化氢酶活性来抵御逆境的能力最强。晋油6号在作为镉污染修复的植物材料上具有应用价值。     

速生树种竹柳对镉的吸收、积累与分布特性

通过水培试验,对不同浓度镉(0、5、10、50μmol·L~(-1))处理下竹柳的生长、镉积累与分布情况进行了研究.结果表明,竹柳对镉的耐性较强,高镉(50μmol·L-1)胁迫下竹柳生长不受抑制,可以正常生长;镉胁迫下,竹柳叶片叶绿素含量下降,叶绿素a与叶绿素b比值增大;竹柳根系镉浓度最高,韧皮部次之;竹柳各部分对镉转移能力较弱,转移系数均小于0.5;地上部分对镉具有较强的持续富集能力,地上部位镉含量占植株总积累镉量的47%~77%.试验结果表明,竹柳可以作为一种新型植物修复材料,通过其富集镉的能力帮助移除污染土壤中的镉.     

改良剂对4种木本植物的铅锌耐性、亚细胞分布和化学形态的影响

本研究以4种耐铅锌木本植物夹竹桃(Nerium oleander)、栾树(Koelreuteria paniculata)、泡桐(Paulownia)和苎麻(Boehmeria)为材料,在不同改良剂浓度下(CK组:100%铅锌矿渣±少量磷肥、改良一:85%铅锌矿渣±10%泥炭土±5%菌肥±少量磷肥、改良二:75%铅锌矿渣±20%泥炭土±5%菌肥±少量磷肥),进行了耐性木本植物富集与转移能力以及Pb、Zn在4种木本植物不同部位的亚细胞分布和化学形态分析.结果表明:14种植物种植后基质中重金属的浓度基本低于种植前,夹竹桃与苎麻改良一与改良二之间差异不显著,泡桐改良二效果显著优于改良一,栾树改良一效果显著优于改良二;4种植物地上部对Pb、Zn的富集系数都比较低,但具有较高的转移系数,适当的基质改良有利于提高植物对Pb、Zn的富集与转移能力.2Pb、Zn在4种植物各部位的亚细胞分布以细胞壁组分和可溶性组分为主,在线粒体、叶绿体和细胞核等细胞器组分中分布较少;与CK组相比,两改良组使可溶性组分对Pb的滞留作用和细胞壁对Zn的滞留作用在增强.3Pb在植物各部位的化学形态以盐酸、氯化钠和乙醇提取态为主,其他化学形态含量极少;Zn则以残留态、盐酸、醋酸、氯化钠、水和乙醇提取态这6种形态存在,且都具较高分配比例.与CK组相比,两改良组使植物各部位活性较弱的Pb的化学形态比例减少,活性较强的化学形态比例增加;Zn则是根部活性较强的化学形态比例增加,地上部活性较强的化学形态比例减少.     

苏州河叶绿素a动态特征及其与环境因子的关联分析

通过对苏州河叶绿素a的时空动态特征及叶绿素a含量与理化及生物因子的关联分折，探讨了苏州河水体叶绿素a的动态规律与各因子的相关性。研究表明，该水域叶绿素a含量不仅表现出明显的季节变异，而且呈现了年际变化的趋向，同时也具有空间上的差异。叶绿素a含量与水温呈密切正相关；浮游植物对溶解氧的影响是非常小的，溶解氧含量主要是受水温控制，两者呈负相关关系；氮和磷不是该水体浮游植物生长的限制因子，氨氮的相对含量与叶绿素a呈明显负相关关系，而亚璃酸盐、璃酸盐氮含量与叶绿素a呈明显正相关关系；浮游植物的兴衰除受硫酸盐含量的限制外，与高等水生植物的消长也存在着一定的关联性。     

硒对烤烟的生态毒理效应及临界指标研究

通过营养液水培试验，研究了不同浓度Se对烤烟生物量、叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a＋b、类胡萝卜、SOD、POD和MDA活性的影响。Se胁迫下的烟株生长受到抑制，浓度越高，抑制效应越明显；低浓度Se对烤烟叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a＋b和类胡萝卜含量有促进作用，并提高烟株体内活性氧防御体系，使MDA酶含量下降；高浓度Se则对其有抑制作用，对活性氧防御体系产生胁迫效应，MDA上升，SOD、POD酶活性下降；相关分析表明，除MDA呈极显著正相关外，其余均呈极显著负相关。MDA含量变化为Se胁迫烤烟生长的最敏感生理指标。     

镉超积累植物龙葵叶片中镉的积累与有机酸含量的关系

采用盆栽试验方法,研究镉超积累植物龙葵(Solanum nigrum L.)不同生育期叶片中有机酸的含量与组成,及其与镉生物积累的关系.结果表明,当土壤中镉浓度为25μg.g-1时,苗期和成熟期龙葵叶片镉积累量均达到100μg.g-1以上,且地上部镉含量大于根部镉含量.苗期与成熟期有机酸的含量变化差异显著,苗期龙葵叶片4种有机酸的含量大小为乙酸>酒石酸>苹果酸>柠檬酸;成熟期有机酸含量顺序为苹果酸>酒石酸、乙酸>柠檬酸.苗期龙葵叶片中酒石酸含量与镉含量呈极显著相关,成熟期则发现乙酸和柠檬酸含量与叶片中镉含量呈显著相关,说明龙葵叶片中酒石酸、柠檬酸和乙酸分别可以指示不同生育期龙葵叶片中镉的积累.     

钼作用下油菜对镉胁迫的生理生化响应及其对镉吸收的特征

为了探讨施钼对不同浓度镉胁迫油菜的缓解效果,利用盆栽试验,研究了4种外源钼梯度（0、50、100、200 mg·kg^-1）对低镉（0.5 mg·kg^-1）和高镉（6.0 mg·kg^-1）两种胁迫下油菜生理生化、生物量、镉的转运富集等的影响作用.结果显示,外源钼可促进镉胁迫油菜长度、鲜重、干重增加.不同浓度的钼可使镉胁迫油菜生理生化指标丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）积累量显著降低,可溶性蛋白（SP）含量、可溶性糖（SS）含量、叶绿素（Chla和Chlb）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）活性显著提高;同时,施入钼能够有效抑制油菜对镉的吸收富集,但对其转运影响相对较小,同时又可显著提高油菜对镉的耐性.钼对镉的抑制作用表现为提高油菜的生物量水平、改善其生理生化性能,通过参与油菜生理过程降低油菜对镉的吸收,进而提高油菜对进入体内镉的耐受力,外源钼能有效地降低Cd胁迫对油菜的毒害.     

三峡库区不同林草措施土壤活性有机碳及抗蚀性研究

采用野外定位观测,研究三峡库区坡耕地7种林草治理措施下土壤活性有机碳组分(颗粒性有机碳、可溶性有机碳、易氧化有机碳和微生物生物量碳)含量和团聚体数量特征,并分析了团聚体的分形特征和可蚀性.结果表明,不同林草治理措施下,土壤有机碳及活性有机碳组分含量随土壤深度的增加而降低,其中0～10 cm土壤有机碳及各活性有机碳组分含量显著高于20～30 cm.林草措施治理对土壤团聚体稳定性也具有显著影响,>0.25 mm水稳性大团聚体总量总体上表现为:栾树+黄花槐>植物篱>封山育林>自然恢复>经济林>传统农作>裸地对照,且与土壤有机碳含量呈正相关.不同林草治理措施下土壤具有一定的土壤分形特性.其中栾树+黄花槐措施下土壤的分形维数、可蚀性K值最小,土壤结构稳定性和抗侵蚀能力相对较强.不同土壤深度下活性有机碳组分与土壤可蚀性K值均呈极显著负相关关系,以上研究表明通过不同林草治理措施的治理可改变土壤性状,从而影响土壤抗蚀能力.