红蛋植物对重金属镉、锌的吸收动态研究

采用水培的方法研究了红蛋植物（Echinodorus osiris）对镉、锌的吸收动态。结果表明：无论是低镉（5 mg·L-1）还是高镉（15 mg·L-1）处理,长时间（27 d）培养时,红蛋地上部和地下部镉质量分数均持续增加,至收获时,低镉和高镉处理红蛋地上部镉质量分数分别为364.95和502.97 mg·kg-1;地下部镉质量分数分别达到1 762.81和2 742.95 mg·kg-1。短时间内,红蛋对镉的吸收速率随时间增加而降低,1.0 h内表现为快速吸收模式,而在1.0 h后表现为缓慢吸收模式。在低镉条件下,红蛋对镉的短时间吸收动态符合二次多项式数学模型,高镉条件下,红蛋对镉的吸收动态符合三次多项式数学模型。长时间（27 d）培养时,红蛋地上部锌和地下部质量分数的动态变化趋势基本一致,即先增加后减少再缓慢增加的趋势。低锌（100 mg·L-1）和高锌（400 mg·L-1）处理,红蛋地上部锌质量分数分别为2 211.38和3 190.47 mg·kg-1;地下部锌质量分数分别为3 067.89和3 303.85 mg·kg-1。短时间内,无论是低锌处理还是高锌处理,红蛋对锌的吸收动态均符合二次多项式数学模型,但是两者有所不同,低锌处理,红蛋吸收锌的速率短时间内略有降低,而高锌处理,红蛋对锌的吸收速率短时间内则持续增加。     

龙葵和茄子幼苗对镉胁迫的生理响应

采用营养液培养法研究了镉胁迫条件下龙葵和茄子幼苗的生长及生理响应.结果表明:镉胁迫使龙葵和茄子幼苗生长受到不同程度影响.龙葵在镉浓度低于50 μM条件下,地上部干物质量仅下降15.48%%(P＞0.05),根系干物质量在镉浓度低于100 μM下增加111.11%(P<0.05),根系活力也呈先升后降的趋势;茄子地上部干物质量和根系活力在所有镉处理下均低于对照,根系干物质量在镉浓度高于25 μM时即呈现下降趋势,降幅达47.06p.59%,茄子对镉胁迫的耐受性相对较弱.镉胁迫还导致龙葵和茄子幼苗叶片色素含量降低,叶片相对电导率、MDA含量和可溶性糖含量增加,SOD、POD、CAT变化不一致.龙葵叶片SOD活性随镉胁迫程度的增加先增高后降低,POD和CAT活性基本上表现为逐渐上升趋势,而茄子叶片中SOD活性逐渐下降,POD逐渐上升,CAT呈先降后升又降的变化规律,龙葵体内的3种抗氧化酶对镉胁迫起到较强的抗氧化保护作用.     

铬、镉、铅胁迫对青菜叶片几种生理生化指标的影响

研究了溶液培养条件下铬、镉、铅胁迫对青菜叶片细胞膜透性、叶绿素含量和游离脯氨酸含量等的影响,结果表明：随着Ｃｒ＾６＋,Ｃｄ＾２＋,Ｐｂ＾２＋处理时间的延长和处理浓度的增加,青菜叶片细胞膜透性显著增大,叶绿素ａ／ｂ值逐渐降低,游离脯氨酸含量明显增加,其中游离脯氨酸含量增加的时间比细胞膜透性增大明显超前,而叶绿素ａ／ｂ植降低的时间在这３种重金属中未见明显的规律性。     

镉对稻田土壤典型微生物种的胁迫生理毒性

以水稻田土壤中典型的单种微生物为实验材料,采用纯培养方法,从个体水平上全面探讨了重金属镉胁迫对稻田土壤典型微生物的的生长、活性以及生化过程的生理毒性影响。研究表明:不同微生物纯培养对镉胁迫的敏感程度不同,G 较G-对Cd2 更为敏感,表现为世代时间缩短,最高菌浓度下降。固氮菌对Cd2 非常敏感,当Cd2 质量浓度为0.2mg·L-1时即完全抑制菌体增殖。同时,外源镉强烈的抑制作为稻田土壤中功能微生物的厌氧固氮菌及产甲烷细菌的生物活性,各菌种镉胁迫下细菌细胞内可溶性蛋白、还原糖、核酸质量浓度都在低质量浓度镉胁迫时有所增加;随着镉质量浓度的增加,细菌细胞内各种物质的质量浓度开始减小,以减慢细胞代谢速度,增强对镉胁迫的适应力;各种物质的质量浓度变化趋势为可溶性蛋白>还原糖>核酸,R.eutrophaDKC1细胞内含物质量浓度基本保持稳定。结果可在一定程度上说明镉对微生物的毒性效应,且能在早期较灵敏地指示污染的影响,作为稻田土壤环境受到污染胁迫的细胞生化指标具有一定可行性。     

湿地植物水蓼(Polygonum hydropiper L.)对镉的富集特征及生理响应

以人工湿地修复镉污染水体时,植物在镉离子的沉淀、吸收和积累等过程中起着关键作用,但当前报道的镉富集植物种类较少,湿地植物对镉胁迫的生长及生理响应缺乏系统研究,限制了湿地植物在镉污染水体修复中的应用。笔者以常见湿地植物水蓼(Polygonum hydropiper L.)为对象,设置了4个镉处理浓度(0、0.5、1和2 mg·L~(-1)),研究了水蓼对镉的富集特征以及生长和生理响应。水蓼根、茎和叶的镉含量(以干重计)随镉处理浓度的增加而升高,处理30 d时,在2 mg·L~(-1)处理下分别达到134、47和48 mg·kg~(-1)。处理30 d时,在1 mg·L~(-1)的镉处理下,水蓼的地上部及地下部富集系数和转运系数最高,地上部和地下部富集系数分别为45.6和111.7,转运系数为0.41。在处理15 d时,水蓼生物量、叶绿素含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性在2 mg·L~(-1)处理下显著降低。在处理30 d时,水蓼的总生物量在不同镉浓度下无显著差异,但丙二醛(MDA)含量、SOD和过氧化氢酶(CAT)活性在0.5～2 mg·L~(-1)镉处理下均显著升高,叶绿素含量下降。这些结果表明,水蓼可以通过提高抗氧化酶活性等机理抵抗镉胁迫产生的氧化伤害,并且水蓼对镉的富集和转运系数较高,具有在镉污染水体修复中应用的潜力。     

土壤外源甲基叔丁基醚胁迫对玉米幼苗生理生化特性的影响

以大宗作物玉米作为试验对象,通过盆栽试验,研究外源甲基叔丁基醚(MTBE)污染胁迫对玉米幼苗生长及几项生理生化指标的影响.结果表明,在0～500mg·kg-1范围内,玉米幼苗未产生明显的毒害作用.土壤中MTBE浓度≤5mg·kg-1,玉米幼苗生长未受影响,在高浓度下(50 mg·kg-1和500 mg·kg-1).生长受到不同程度的抑制,株高降低36.4%,根干重减少16.6%～34%,地七部分十重减少了46%～59%,根冠比增加,并达到显著水平.叶绿素总量、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均呈现下降的趋势,叶绿素a/b值由对照组2.92降低到1.98,达到极显著水平(P<0.01).低浓度MTBE污染对玉米幼苗生理生化指标没有明显的抑制作用,随着土壤MTBE污染程度的加剧,玉米幼苗细胞膜透性逐渐增加,SOD活性逐渐提高.玉米幼苗MDA、CAT和POD对MTBE胁迫的响应表现出相似的规律,累积峰值出现在50 mg·kg-1MTBE污染水平下.低浓度MTBE污染,叶片中MDA、CAT和POD没有明显变化,高浓度的MTBE污染则诱导酶活性升高,表明氧化胁迫程度增加.但当MTBE浓度达到500 mg·kg-1,由于过多的H2O2或MTBE积累引起MDA、CAT和OPOD酶活性下降.综合生物量变化及抗氧化酶的响应结果,认为玉米幼苗具有一定的抵御MTBE伤害的应答防御系统.     

铜胁迫对两种地衣植物生理生化特征的影响

以中国树花（Ramalina sinensis Jatta.）和亚花松萝（Usnea subfloridana Stint.）为材料,研究了铜胁迫对这两种地衣植物生理生化特性的影响。结果表明：在Cu2＋的作用下,中国树花和亚花松萝体内叶绿素质量分数和过氧化物酶（POD）活性发生一系列的变化,且表现出明显的剂量效应关系和时间效应关系。随着处理浓度的加大和处理时间的延长,中国树花体内叶绿素质量分数呈现先降后升再降。在处理的48 h,当Cu2＋质量浓度为0.1 mg.mL-1时中国树花体内叶绿素a质量分数下降为0 mg.mL-1时的16.34%,叶绿素总质量分数下降为42.54%,而当Cu2＋质量浓度为0.5 mg.mL-1时叶绿素a质量分数下降为22.95%,叶绿素总质量分数下降为60.39%,亚花松萝体内叶绿素质量分数呈现先升后降的趋势,当Cu2＋质量浓度为0.1 mg.mL-1时,处理48 h后的亚花松萝体内叶绿素质量分数比36 h下降18.82%;当Cu2＋质量浓度为0.5 mg.mL-1时,处理48 h后的亚花松萝体内叶绿素质量分数比36 h下降23.52%。随着处理浓度的加大和处理时间的延长,中国树花过氧化物酶活性呈现上升的趋势,当Cu2＋质量浓度为0.1 mg.mL-1时,处理24、36、48 h后过氧化物酶的活性分别增加为88.1%、64.83%和65.49%;当Cu2＋质量浓度为0.5 mg.mL-1时,分别增加为69.83%、82.05%和82.57%。而亚花松萝过氧化物酶活性呈现先下降后上升等波动性变化,Cu2＋质量浓度为0.1 mg.mL-1时,处理24、36、48 h后过氧化物酶的活性先下降62.56%,后增加7.93%,又下降42.28%;当Cu2＋质量浓度为0.5 mg.mL-1时,比对照组分别下降72.92%、33.49%和62.56%。对比两种地衣植物发现,中国树花体内生理指标的变化较亚花松萝的明显,说明中国树花对铜胁迫反应较敏感,有利于监测重金属铜污染。     

3种镉超富集植物毛状根体系对镉胁迫响应的比较

近年来,转基因毛状根组织被越来越多地应用于重金属和有机污染物的植物修复技术研究中,已成为进行污染物毒性响应机制研究的便捷的实验室工具。为了探究龙葵、油菜、芥菜3种镉(cadmium,Cd)超富集植物对Cd毒性胁迫响应的差异,以诱导出的3种植物毛状根为研究材料,从毛状根的生长状态、富集Cd的能力、根组织细胞的凋亡程度和抗氧化酶活性等方面进行了探讨。结果表明:Cd浓度为0~50μmol·L-1时,龙葵、油菜、芥菜毛状根受Cd毒害的影响都不明显;Cd浓度为75~100μmol·L-1时,龙葵、油菜、芥菜毛状根均表现出对Cd胁迫的防御响应。在较高的Cd浓度(100μmol·L-1)下,龙葵毛状根的生物量受Cd毒害的影响最小,芥菜次之,油菜受影响最大;同时龙葵毛状根富集的Cd含量最高(745.0μg·g-1),芥菜次之(681.4μg·g-1),油菜最差(505.2μg·g-1)。龙葵、油菜、芥菜毛状根在Cd胁迫下的细胞凋亡水平均随Cd浓度的升高而升高,当Cd浓度为100μmol·L-1时,龙葵毛状根比油菜和芥菜毛状根的细胞凋亡程度均低。同时3种植物毛状根在不同浓度Cd处理下抗氧化酶活性的变化有一定差异。从上述结果综合来看,龙葵毛状根受Cd毒害的影响最小、富集Cd的能力最好,是进一步开展Cd超富集植物转基因改造研究的较好的实验室载体。     

Cr6+和Cr3+对水花生几种生理生化指标的影响比较

通过Cr6 和Cr3 对水花生 (Alternantheraphiloxeroides)的叶及根的某些生理生化指标影响的对比研究发现 ,Cr6 和Cr3 均能对水花生产生毒害 ;铬污染后 ,水花生的叶绿素含量、超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化物酶 (POD)、过氧化氢酶 (CAT)活性和可溶性蛋白含量 5项重要生理生化指标发生相应变化 ;Cr6 的毒性明显大于Cr3 ,根的受害程度比叶严重。     

不同湿地植物的根系酸化作用与重金属吸收

为研究不同湿地植物根系分泌物对水体的酸化能力与重金属吸收积累能力间的关系,选用六种对废水中重金属吸收能力较强的湿地植物进行了盆栽实验.这六种湿地植物分别是:稗(Echinochloa crus-galli)、空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)、茭笋(Zizania latifolia)、鸭舌草(Monochoria vaginalis)、柳叶箬(Isachne globosa)、辣蓼(Polygonum hydropiper).研究结果表明,不同种类的植物对水体的酸化能力存在明显差异,水体pH差异最大可达0.85个单位;不同湿地植物间对重金属的吸收积累能力有显著差异,而且在重金属积累量方面的差异明显高于重金属浓度方面的差异.相关分析表明,不同湿地植物水体pH与植株重金属积累量之间存在较好的负相关关系,相关系数达到或接近P0.05显著水平.研究结果说明,湿地植物对废水中重金属的吸收积累能力在相当大的程度上取决于其根系分泌物对水体的酸化能力.     

翅碱蓬对盐碱湿地重金属污染消减作用

为探究翅碱蓬对盐碱湿地重金属污染的消减作用和生态修复能力,采用现场监测与高盐水培试验相结合的方法,测定不同浓度Zn2+、Cu2+和Pb2+混合污染下,翅碱蓬对重金属的吸收消减作用.结果表明,在高盐环境下,翅碱蓬对重金属锌、铜和铅均具有消减作用,生物富集系数BCFSh-Zn＞BCFSh-Cu＞BCFSh-Pb.当重金属离...     

Impact of heavy metal pollution on plants and leaf-miners

Large-scale effects of diffuse heavy metals pollution on terrestrial ecosystems are still underestimated. We studied the relation between the biodiversity of vascular plants and the feeding Lepidoptera, in our case leaf-miners and pollinating adult butterflies, in a Dutch nature reserve over a period of five years. We found that 5% of the 56 plants species which provide food and habitat to Microlepidoptera during their larval stage were affected by heavy metal pollution. Furthermore, the numerical abundance of leaf-mining larvae remained rather constant, despite of significant increases of the concentrations of Cd, Cu, Ni and Zn pollutants in leaves and litter.     

植物耐受和解除重金属毒性研究进展

总结了植物细胞及分子水平对重金属耐性和解除其毒性的途径.植物通过避免增加细胞内敏感位点毒物浓度来解除重金属毒性.其途径主要有:一方面通过菌根化、细胞壁吸收及根系分泌物的螯合作用减少根系吸收重金属进入细胞质;另一方面通过体内调节机制解除重金属毒性和提高耐性,主要通过一系列膜蛋白对进入细胞质内的重金属排出细胞质外、隔离于液泡中,或将重金属转变为无毒性形态挥发入大气,或通过细胞质内的植物螯合素、金属硫蛋白、有机酸、氨基酸、多胺等对重金属螯合,解除重金属毒性;同时植物还可以在重金属胁迫下产生热休克蛋白修复胁迫伤害的蛋白质.本文提供了涉及植物重金属解毒和耐性广泛的观点和证据.     

植物对污泥的响应及根系对重金属的活化作用

为了研究植物对污泥的改良作用及植物根系对重金属的活化作用,在温室盆栽条件下对生长于污泥中的几种耐性植物遏蓝菜属(Thlaspi goesingense)、羽叶鬼针草(Bidens maximowicziana Oett)、酸模(Rumex acetosa L.)、紫苜蓿(Medicogo sativa L.)和印度芥茉(Indian mustard)的植物干重、体内重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)的含量、叶片中叶绿素含量和植物根系对重金属的活化率做了研究。结果表明,生长于污泥中的植物其干重比对照均有不同程度的增加,其中羽叶鬼针草与对照相比差异极显著;不同植物对不同重金属的吸收量亦不同;各种植物叶片中的叶绿素含量变化不同,与对照相比,差异不显著;遏蓝菜对Cu、Zn的活化率最高,印度芥茉对Cd的活化率最高。     

Heavy metal phyto-technologies from Ramsar wetland plants: green approach

Side effects of chemical technologies to remediate hazardous heavy metals paved the way to green phyto-technologies. The present research investigated the effectiveness of wetland plants Lemna minor (duckweed), Azolla pinnata (water fern), and Eichhornia crassipes (water hyacinth) pertaining to synchronised removal of heavy metals (Fe, Zn, Cu, Cr, and Cd) from a Ramsar site of an Indo-Burma global biodiversity hot spot region. These plants were grown at different concentrations (1.0, 2.0, and 5.0?mg/L) of metals in microcosm investigation. To this end, the result indicated high removal (>90%) of different metals during 15 days of the experiment. Furthermore, maximum removal was noted on the 12th day of the experiment. Also, results revealed that E. crassipes was the most efficient for the removal of heavy metals followed by L. minor and A. pinnata. Results from analysis confirmed the accumulation of metals within the macrophytes and a corresponding decrease of metals in the wastewater. Significant correlations between metal concentration, water, and wetland plants were obtained. To this end, wetland plants accumulated heavy metals within their tissues, leading to physiological/biochemical alterations. Selected plants exhibited a wide range of stress tolerance to all of the metals and therefore might be utilised for eco-removal of heavy metals from contaminated water. Finally, issues of phytosynthesis of nanoparticles, phytomining, and bioenergy have been critically discussed to attain a sustainability paradigm in the use of phyto-technologies for a green future in the environment sector.     

Phragmites australis as a heavy metal bioindicator in the Anzali wetland of Iran

In this study, levels of Fe, Cu, Cd, and Ni in the sediments and organs of Phragmites australis from three different sites in the Anzali wetland were measured. Heavy metal accumulation was higher in the roots of P. australis than in the shoots and leaves. There was a significant correlation between metal concentrations in roots and sediment. This result showed that the root of P. australis can be used as bioindicator for Fe, Cu, Cd, and Ni. Metal levels in sediment were recorded higher than the interim sediment quality guideline values, and the Cd and Ni content in P. australis were higher than the unpolluted levels in plants. This indicates the necessity for continuous monitoring of the metal levels and also evaluating the hazard risk of heavy metals in aquatic organisms in the Anzali wetland.     

城市污泥中重金属镉对苏云金杆菌发酵的影响机制

为揭示苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis,简称Bt）富集重金属的可行性,考察重金属对Bt发酵的影响,以生物毒性较大的重金属镉（Cd）为研究对象,以城市污泥为培养基,研究了添加Cd（II）对Bt生长和晶体蛋白合成的影响,分析了Bt发酵过程中Cd有效态质量浓度的变化,利用傅立叶红外光谱（FTIR）和X线光电子能谱（XPS）初步探讨了Cd（II）在Bt表面吸附的作用机制。结果表明：培养基中外加Cd（II）对Bt生长的影响主要取决于Cd有效态质量浓度,污泥培养基在支持Bt生长和降低重金属有效态质量浓度上均明显优于常规培养基;Bt对Cd（II）有较好的耐受性,当Cd有效态质量浓度在20 mg.L-1以下时,Bt能较好地完成生长代谢过程;光谱学分析表明Bt对Cd（II）有少量吸附,吸附位点主要为羟基,少量C=O基团也可与吸附反应,可有效降低重金属的生物有效性。     

水稻土甲烷氧化菌对镉胁迫的响应

重金属污染影响土壤微生物群落结构与活性,间接影响土壤碳（如CO2、CH4）的生物地球化学循环和全球气候变化。甲烷氧化菌氧化消耗CH4,降低大气中CH4含量,在缓解由温室气体导致的全球温暖化方面起着重要作用。本研究通过短期土壤培养实验,比较研究了不同强度重金属镉（Cd）胁迫下,水稻土中甲烷氧化菌的多度、群落组成及其氧化CH4潜势的差异。结果表明,添加Cd含量越大,水稻土氧化CH4潜势越弱,甲烷氧化菌pmoA基因拷贝数显著减少;甲烷氧化菌多度与水稻土氧化CH4潜势之间存在显著正相关关系（P〈0.001）。群落组成分析发现,在相对低含量Cd（1 mg.kg-1）条件下,有新的甲烷氧化菌菌属出现,而添加较高含量Cd（10 mg.kg-1）时甲烷氧化菌种类减少。总之,Cd胁迫降低水稻土中甲烷氧化菌多样性及其氧化CH4潜势,可能导致原位CH4消耗减少,从而增加稻田CH4排放。     

基因工程改良植物对重金属污染土壤的修复

利用基因工程改良植物，调整植物吸收、运输和富集重金属的能力以及它们对重金属的耐受性，开拓了植物修复的新领域。到目前为止，已有成功改变这些特性的少数例子。例如，汞离子还原酶可以改善植物抵抗力和提取能力，金属巯基蛋白可增强植物对镉的耐受力，铁还原酶和铁蛋白可增加植物对铁的吸收量。文章综述和讨论了这方面的研究进展及方向。