黑麦草对铀胁迫的生理响应及其积累特征研究

针对铀矿冶地域周边低放土壤的植物修复问题,采用盆栽试验,研究了黑麦草在不同质量比(0、1 mg/kg、5 mg/kg、20 mg/kg)铀胁迫下的生长响应、抗氧化体系酶活性的变化及对铀的积累特征。结果表明,低质量比(土壤铀质量比为1 mg/kg)铀胁迫下,黑麦草叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素质量比增加,但随土壤中铀质量比增加,植物光合色素质量比逐渐下降。当土壤铀质量比为1 mg/kg时,黑麦草茎叶和根部的可溶性蛋白质质量比均较对照组略有增加,随土壤铀质量比增加,当土壤铀质量比为5 mg/kg和20 mg/kg时,黑麦草茎叶和根部的可溶性蛋白质质量比均呈降低趋势,且均低于对照组。铀胁迫诱导植物体内丙二醛(MDA)质量比呈明显升高的趋势。当土壤铀质量比低于5 mg/kg时,铀胁迫茎叶和根部的抗氧化体系酶(过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT))活性提高,当土壤铀质量比为20 mg/kg时,黑麦草茎叶和根部的POD、SOD、CAT活性大幅降低。黑麦草对铀的富集量随铀质量比增加而增加,土壤铀质量比为20 mg/kg时,黑麦草对铀的生物富集量达到最大值,其中,地上部铀质量比为70.94 mg/kg,根部铀质量比为338.37 mg/kg。铀质量比在黑麦草体内分布为地上部小于根部。     

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.     

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。     

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。     

镉对果蝇金属硫蛋白表达的影响

以黑腹果蝇Canton-S品系为试验材料,采用镉饱和法测定重金属镉胁迫后果蝇金属硫蛋白质量比的变化,并应用实时荧光定量PCR(Real-Time PCR)方法检测了不同质量浓度镉处理后果蝇金属硫蛋白相关基因MtnB、MtnC、MtnD、MtnE及金属耐受因子Hmt-1基因mRNA水平的表达差异。结果表明,1)不同质量浓度镉处理对雌、雄果蝇均产生明显的生理影响,导致果蝇寿命缩短。镉胁迫果蝇10 d后,其半数致死质量浓度为52.0 mg/L,为后期果蝇对镉胁迫产生的解毒机制研究提供浓度设定依据。2)镉胁迫后雌、雄果蝇体内金属硫蛋白质量比显著升高,与对照组相比差异显著,并存在一定的剂量依赖性;3)镉胁迫导致黑腹果蝇金属硫蛋白相关基因mRNA水平表达上调,并具明显的剂量依赖性,同时在一定范围内Hmt-1基因的表达随镉质量浓度升高而上调,具有浓度依赖效应。     

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.     

铀胁迫对5种牧草种子萌发的影响

为进一步探究放射性重金属铀污染环境对植物种子萌芽及生长所产生的迫害,根据我国铀矿冶废水中铀的质量浓度(5 mg/L)选择不同质量浓度(0、1 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、15 mg/L、20 mg/L)的铀溶液进行试验,用以胁迫5种1年生牧草(三叶草、苜蓿草、黑麦草、高丹草和苏丹草)种子,同时观察记录各自的萌发状况(发芽数和第7 d幼苗生长长度),计算其发芽率、发芽势、发芽指数(GI)、活力指数(VI)及耐性指数,并与对照组进行量化指标比较。最后比较各牧草种子所受到的危害并做出评价。结果表明:对于不同程度的铀污染,多数植物表现为低质量浓度促进其种子萌发,高质量浓度则严重抑制甚至致死。对于三叶草、苜蓿草和黑麦草种子,低质量浓度(1 mg/L)铀溶液促进种子的萌发,质量浓度升高则为抑制,其中黑麦草表现稍异常,质量浓度为5 mg/L时对种子萌发有促进作用,使最终发芽率较对照提升14%;对于高丹草,低质量浓度(5 mg/L)时促进种子萌发,而在质量浓度稍低于或超过5 mg/L时表现出明显的抑制现象,各指标低于对照13%左右;苏丹草则仅呈现抑制现象,铀质量浓度为5mg/L时抑制现象稍轻,最终发芽率较对照组仅降4%,小于或大于5mg/L时均受抑制,且质量浓度越高抑制现象越明显,最终发芽率最高仅28%。     

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。     

铅胁迫对苦草生理生化及氮、磷代谢关键酶的影响

通过研究不同时间(1 d、3 d、5 d、7 d)和不同铅浓度(0、5μmol/L、25μmol/L、50μmol/L、100μmol/L、250μmol/L)胁迫下苦草的生理特性及其氮、磷代谢关键酶的变化,探讨了苦草对铅胁迫的响应。结果表明,叶绿素(Chl)质量比和硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)和酸性磷酸酶(ACP)活性在低浓度铅胁迫下5 d内均有所提高,而在高浓度铅胁迫下,叶绿素质量比呈下降趋势。在试验第7 d,各浓度下的酶活性均受到抑制,并且低于对照组。丙二醛(MDA)含量和游离脯氨酸(Fpro)质量比随铅浓度增加呈现先增加后降低的趋势。研究表明,苦草对铅胁迫具有一定的抵抗缓解能力,氮磷代谢关键酶对铅胁迫的响应更为敏感,可以考虑将其作为铅胁迫的响应指标。     

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。     

蜡状芽孢杆菌SY的筛选、鉴定及对镉胁迫下水稻种子萌发的影响

对沈阳张士灌区镉污染的农田土壤进行镉含量及物理性质测定,得出其总镉质量比为8.41 mg/kg,土壤呈酸性.通过富集纯化从该土壤中筛选出1株对镉具有较强耐受性和吸附能力的细菌SY,该细菌在Cd2+质量浓度为100 mg/L条件下仍能正常生长,对镉的吸附率高达99.25%.对SY进行形态学观察和16SrDNA序列分析,确定SY为蜡状芽孢杆菌群(Bacillus cereus group).通过水稻种子出芽率试验,研究蜡状芽孢杆菌SY对镉胁迫下水稻种子萌发的影响.结果表明,镉胁迫能严重抑制水稻种子发芽,水稻种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数等发芽指标均随Cd2+处理浓度的增大而明显下降,但经过蜡状芽孢杆菌SY处理后,水稻种子的发芽率显著提高.研究表明,SY对镉胁迫下的水稻种子具有解毒作用.     

3种烤烟中Cd分配累积规律及土壤Cd安全临界值的研究

为保证烤烟生产的安全,降低重金属对人体的毒害,对植烟土壤重金属安全临界值进行推算.通过土壤盆栽试验,研究了3个烤烟品种翠碧1号、K326和云烟87对Cd的累积和分配规律,土壤中Cd2+添加量分别为0、0.5 mg/kg、1 mg/kg、2 mg/kg、4 mg/kg、8 mg/kg,并采用回归分析方法计算了植烟土壤Cd的安全临界值.结果表明,烤烟Cd质量比受外源Cd添加量影响较大,下部叶Cd质量比总是高于其他部位.随Cd添加量增大,各部位Cd质量比上升且差别逐渐增大.Cd在土壤-根的转移系数较低,地上部各部位对土壤Cd转移系数的平均值表明,翠碧1号对Cd富集能力略强,而K326较弱.外源Cd的添加导致土壤-下部叶Cd的转移系数达最高,Cd在根-下部叶的转移系数明显高于其他部位间的转移系数,并使Cd在烤烟植株各部位间的转移系数呈先增后降的趋势.烤烟地上部的Cd累积量均高于根部,其中中、下部叶Cd累积量最多,而上部叶较少.经推算得出,烤烟叶片Cd的最高允许质量比为5.79 mg/kg,由烤烟中部叶Cd质量比与土壤有效Cd质量比的回归模型得到,3种烤烟的植烟土壤的安全临界值分别为0.17 mg/kg(翠碧1号)、0.19 mg/kg(K326)和0.15 mg/kg(云烟87),云烟87的土壤安全临界值可以作为制定福建烟区土壤Cd的安全临界值依据.     

二氧化氯氧化处理甲醛废气的探索试验研究

以瓷环填料塔为反应装置,研究ClO2对甲醛的去除效果.试 验考察了甲醛质量浓度、进口气体流量、ClO2液体流量以及ClO2质量浓度对甲醛去除效率的影响.最佳工艺条件为:甲醛气体质量浓度80～ 180 mg/L,进口气体流量120～280 L/h,ClO2液体流量1～3mL/min,ClO2质量浓度40 mg/L.甲醛的去除率随甲醛质量浓度、ClO2质量浓度的增加而升高,去除率变化由98％至99％接近100％;而甲醛去除率随进口气体流量的增大略呈下降趋势.     

离子液体1-丁基-3甲基咪唑甘氨酸盐[C4mim][Gly]对小麦幼苗生长及生理特性的影响

采用水培及种子萌发期直接胁迫的方法,研究了离子液体(ILs)1-丁基-3-甲基咪唑甘氨酸盐胁迫对小麦幼苗生长和部分生理特性的影响.结果表明,小麦幼苗对25mg/L、50mg/L、100 mg/L和200mg/L的ILs处理不敏感,生长指标没有显著变化;在500mg/L的ILs处理下.小麦幼苗的所有生长指标均降低.ILs处理使超氧化物歧化酶(SOD)活性下降,过氧化物酶(POD)活性升高,膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量升高,表明500mg/L ILs胁迫植物生长受到抑制.因此,低质量浓度ILs对小麦幼苗影响不大,500mg/L ILs处理毒害作用非常显著.     

一株蜡状芽孢杆菌降解毒死蜱的影响因素研究

为了明确一株蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus HY-2)对毒死蜱的降解特性,在基础培养基中定量添加毒死蜱和降解菌进行混合摇培,每12 h取样检测毒死蜱残留量和菌株生长量,研究了接种量、毒死蜱初始质量浓度和含盐量等因素对菌株降解毒死蜱的影响。结果表明,接种量为8%(体积分数,接种体密度为OD600=3.0)时对80mg/L毒死蜱的降解率最高,为53%。随毒死蜱初始质量浓度增加,菌株的生长受到不同程度的抑制,然而随着毒死蜱的降解,菌体的生长量迅速增加,培养液的p H值随降解菌的增殖而逐渐上升。毒死蜱初始质量浓度为40~150 mg/L时,随降解时间延长,毒死蜱的残留质量浓度逐渐下降;而毒死蜱初始质量浓度为200 mg/L时,毒死蜱质量浓度在降解过程中出现了先上升后下降、然后逐渐下降的现象。降解菌对Na Cl有较高的耐受度,当Na Cl质量浓度为20~70 g/L时,降解菌在60 h时对80 mg/L毒死蜱的降解率为27%~53%。     

亚硝酸盐对强化生物除磷系统的影响

为了全面了解亚硝酸盐在生物除磷系统中的作用,采用SBR反应器,研究了亚硝酸盐对聚磷菌厌氧释磷、好氧吸磷的影响及短程反硝化除磷过程中各物质质量浓度之间的关系。结果表明,厌氧段释磷量随厌氧段投加NO-2-N质量浓度提高而增加,在厌氧段的后期出现了以NO-2为电子受体的吸磷现象。在好氧段投加亚硝酸盐,当NO-2-N质量浓度从5 mg/L升高到10 mg/L时,好氧吸磷速率随NO-2-N质量浓度提高而迅速降低,但当NO-2-N质量浓度超过10 mg/L后,好氧吸磷速率随NO-2-N质量浓度提高降低速度减缓。系统缺氧除磷量与NO-2-N消耗量、缺氧除磷量与PHB(聚-β-羟基丁酸)消耗量均呈线性关系。     

镉污水灌溉下芦蒿生长及镉富集特性研究

通过生物盆栽试验,研究了不同浓度Cd污水灌溉对芦蒿生长及Cd富集特性的影响.结果表明,芦蒿具有很强的Cd抗性.在Cd污水浇灌下,供试土壤中累积的Cd处理量分别为0.3 mg/kg、1.0 mg/kg、5.0 mg/kg、10.0 mg/kg、15.0 mg/kg、20.0 mg/kg、25.0 mg/kg、30.0 mg/kg、35.0和40.0 mg/kg(分别记为C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9和C10),各处理芦蒿的干物重和根系活力均高于对照;叶绿素a和叶绿素b的质量比大体呈现低Cd(0.3～20.0 mg/kg)处理下增加,高Cd(>20.0 mg/kg)处理下减少的规律;C1(0.3 mg/kg)和C2(1.0 mg/kg)两个处理的类胡萝卜素质量比比对照高,Cd处理水平超过1.0 mg/kg后类胡萝卜素质量比都比对照低,且随着Cd处理量的增加呈现逐渐降低趋势;芦蒿根、茎、叶均有较强的Cd富集性,不同器官Cd质量比从大到小为根、茎、叶,土壤Cd处理量在0.3～40.0 mg/kg内时,根茎叶中Cd累积量随着土壤Cd处理量的提高而增加,且二者呈极显著(p<0.01)正相关关系.在低Cd处理水平下芦蒿地上部分的富集系数大于1,芦蒿如此高的富集系数作为蔬菜来种植是不安全的,控制芦蒿的质量安全是一项具有重大现实意义的工作.     

镉胁迫对水浮莲幼苗生理功能的影响

采用水培实验,研究镉胁迫对水浮莲(Pistia stratiotes L.)幼苗生理功能的影响,包括叶绿素含量、叶片和根系中可溶性蛋白质含量、POD和SOD酶活的变化情况。结果表明,镉胁迫明显抑制水浮莲幼苗叶绿素和蛋白质合成,且随着镉浓度增加和胁迫时间延长,其抑制作用增强;在抗氧化酶活性方面,根和地上部分对镉胁迫的反应存在显著差异,重金属镉对水浮莲幼苗根系的损伤较叶片强。根系POD酶活在重金属胁迫下显著下降,且根中酶活对高浓度镉胁迫比低浓度条件下反应敏感。叶片POD、SOD酶活能够被诱导而升高。综合分析水浮莲幼苗在镉胁迫下的生理特性,其适用于低浓度镉污染水体的生态修复。     

酸雨和铅对大豆幼苗光合作用的复合影响

采用水培法研究了酸雨AR(pH=3.0、3.5、4.5、7.0)和Pb(0、35 mg/L、90 mg/L、150 mg/L)复合污染对大豆幼苗光合作用的复合影响。结果表明,与对照组相比,单一AR或Pb处理下,净光合速率(Pn)、叶绿素(Chl)质量比、Hill反应活性和Mg2+-ATPase活性的降幅随酸雨pH值降低或Pb质量浓度升高而增大,呈明显的剂量-效应关系。AR+Pb复合处理下各指标的降幅均大于对应的单一处理,这表明酸雨加剧了Pb对大豆光合作用的抑制作用。双因素方差分析表明,Pb和酸雨对Hill反应活性无交互作用,而对Pn、Chl质量比和Mg2+-ATPase活性有显著交互作用。关于Pn、Chl质量比和Mg2+-ATPase活性复合效应的进一步评价结果表明,受胁迫强度的调控,低酸雨pH值/Pb质量浓度下,复合影响呈弱相加效应;在高酸雨pH值/Pb质量浓度下,复合影响呈强相加或协同效应,而且相同处理下AR与Pb对光合各参数的复合影响效应不一致,表现为对Chl质量比影响的相加效应最弱,对Mg2+-ATPase活性影响的相加效应较强。研究表明,Chl质量比、Hill反应活性和Mg2+-ATPase活性对Pn的影响程度随胁迫因子和胁迫方式的不同而改变,表明不同胁迫因子和胁迫方式作用于光合作用的位点不同,影响机制复杂多变。     

小浪底水库水体中重金属含量的测定和健康风险评价

在小浪底水库坝上约10 km处主航道上设置采样垂线,采集水体不同深度的样品,采用冷原子荧光光谱法和电感耦合等离子体质谱法测定了样品中汞、砷、铅、镉、铬、铜、锌、锰、镍等元素的质量浓度.结果表明,在所有样品中,铬、镉、锌、铅均未检出,汞、铜和砷的质量浓度分别为(0.95±0.44) ng/L、(0.35±0.07) μg/L和(1.12±0.20)μgL,锰和镍的质量浓度分别为(0.14±0.06) μg/L和(0.59±0.09)μg/L.汞质量浓度随水深增加逐渐升高,至水深7.5m处达到最大值,然后逐渐降低,在接近底层时重新升高,达到次峰值.其他重金属质量浓度呈现随水深增加而升高的趋势.健康风险评价结果表明,致癌物质砷引起的健康危害较高,风险值为10-6～10-5 a-1,底层水中砷的风险值接近国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受风险水平;非致癌物质汞、铜、镍和锰引起的健康风险分别为1.43×10-2a-1、0.31×10-10 a-1、0.13×10-10 a-1和0.45×10-12 a-1,均远低于ICRP推荐的最大可接受水平.