Uptake and accumulation of copper by roots and shoots of maize (Zea mays L.)

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆＣｕｉｎｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｓｕｓｕａｌｌｙ20ｔｏ30ｐｐｍｉｎｎｏｎｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｏｉｌ(Ｎｒｉａｇｕ,1979;Ｓａｌｏｍｏｎｓ,1984),ｂｕｔｉｓｍｏｒｅｔｈａｎ2000ｐｐｍｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａｓａｎｄｉｎｔｈｅｖｉｃｉｎｉｔｙｏｆｓｍｅｌｔｅｒｓ(Ｆｒｅｅｄｍａｎ,1980;Ｈｕｍｐｈｒｅｙｓ,1984).ＩｔｈａｓｂｅｅｎｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｃｏｐｐｅｒｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｄｅｐｅｎｄｓｏｎｐＨｉｎｓｏｉｌｓ,ａｎｄｉｔｉｓｏｂ…     

水稻幼苗对纳米氧化铜的吸收及根系形态生理特征响应

以纳米氧化铜nano-CuO(10, 100mg/L)为研究对象,以微米氧化铜micron-CuO(10, 100mg/L)及铜离子Cu2+(1.4, 2.3mg/L)为对照,通过水培实验,探讨水稻对nano-CuO的吸收积累及其根系形态和生理特征响应.结果表明,各浓度(10, 100mg/L)nano-CuO处理条件下,水稻根部及地上部铜含量(根351~1444mg/kg dw;地上部9~45mg/kg dw)总体高于micron-CuO处理(根248~817mg/kg dw;地上部1.57~1.60mg/kg dw)及Cu2+处理(根147~220mg/kg dw;地上部14~26mg/kg dw),且在水稻幼苗根及茎透射电镜图片中均观察到nano-CuO的存在,指示水稻可通过纳米颗粒的形式吸收、转运nano-CuO. Nano-CuO在水稻根细胞中主要存在于核内体中,指示内吞作用是其进入根细胞的主要方式. Nano-CuO对水稻幼苗根系有较强的毒性作用,对各根系形态指标的抑制率为28%~74%,其中总根长、根体积和比表面积为最敏感;nano-CuO的吸收累积及纳米效应是其水稻根系毒性的主要原因.低浓度nano-CuO (10mg/L)胁迫时,水稻幼苗根系活力显著提高,总吸收面积和活跃吸收面积无显著差异;高浓度nano-CuO (100mg/L)胁迫时,水稻幼苗根系活力和总吸收面积显著降低.     

土壤镉暴露对玉米和大豆的生态毒性评估

以中国东北黑土为培养基,通过室内急性毒性实验,采用Trimmed Spearman-Karber方法计算EC50值(半抑制浓度),并分析作物的生物累积系数(BAF),定量化评估了土壤中镉对玉米和大豆的生态毒性及生物有效性.测量终点为种子发芽率、根长和幼茎长.结果表明,土壤镉暴露给农作物带来一定的负生长效应.种子发芽率不是评估土壤镉生态毒性的敏感因子,根生长是敏感的毒性测量终点.镉在植株体内的累积及迁移与作物种类和土壤镉浓度有关.玉米植株体内累积了较大量的镉,而大豆植株体内镉由根向幼茎的迁移较为显著.     

Ability of Agrogyron elongatum to accumulate the single metal of cadmium, copper, nickel and lead and root exudation of organic acids

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｓｗｉｔｈｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｂｅｃｏｍｅｓａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｉｎｍａｎｙｃｏｕｎｔｒｉｅｓａｌｌｏｖｅｒｔｈｅｗｏｒｌｄ .Ｔｈｉｓｉｓｍｕｃｈｃｏｎｃｅｒｎｅｄｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｅａｓｙｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇｆｒｏｍｓｏｉｌｓｔｏｐｌａｎｔｓ ,ｅｖｅｎｔｏａｎｉｍａｌｓａｎｄｈｕｍａｎｂｅｉｎｇｓ .Ｉｎｍｏｓｔｃａｓｅｓ,ｐｌａｎｔｓｇｒｏｗｎｉｎｈｅａｖｙｍｅｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｅｄｓｏｉｌｓｓｈｏ…     

玉米根系对苯并(a)芘的吸收及苯并(a)芘在植株内的积累

在人工气候室内用Poagland营养液栽培玉米,测定了玉米根、叶、茎、粒及伤流液中BaP的本底值。表明玉米根系可以吸收BaP并向上运输,但地上部的累积在一定程度上取决于根系环境中BaP的量。 在玉米的不同生育期向培养液添加BaP的试验表明,灌浆期的添加会增加籽粒中BaP的累积,因此,避免土壤的严重污染对控制进入食物链的BaP量是有意义的。     

EDTA对2种芥菜型油菜幼苗富集Pb的效应

采用水培试验,研究了乙二胺四乙酸(EDTA)对Pb胁迫下2种芥菜型油菜(BrassicajunceaCzern.etCoss.)幼苗生长及富集Pb的效应.结果表明,单独用0.5和1.0mmol/LPb或EDTA处理可显著抑制植株的生长.与单独处理相比,Pb和EDTA复合处理可以降低各自的生物毒性.当Pb和EDTA等浓度复合处理时,植株生物量与对照植株无明显差异,说明游离态Pb或EDTA对幼苗具有毒害作用,而螯合态Pb-EDTA基本不具有生物毒性.EDTA处理促进Pb从根系向地上部运输,促进Pb在地上部积累.当c(EDTA)/c(Pb)为1/2时,地上部铅积累总量达到最高.随c(EDTA)的增加,根系铅积累总量反而下降.2个芥菜型油菜品种对EDTA的处理效应表现极为相似,生物量大的品种具有较高的Pb积累总量.      

水培和盆栽条件下碎米莎草对铀的耐受性及富集特征

碎米莎草(Cyperus iria L.)作为铀的超耐受植物,它的发现为探讨铀污染环境的植物修复和铀在植物体中的吸收和耐受机理提供了一种新的资源. 在Hoagland's营养液中加入铀标准溶液模拟铀污染水环境,以及直接在铀尾沙条件分析不同铀供应水平下碎米莎草对铀的耐受性能和富集特征. 结果表明:①碎米莎草对铀的富集特征依赖于生长介质中铀的供应水平和植物生长期等多重因素. 碎米莎草不同生长期各部位w(U)均高于生长介质中的铀供应水平,根系和地上部分w(U)最高可分别达(48 605±1 266)和(824±856)mg/kg. 根、茎和叶中w(U)基本随着铀供应水平的升高而增加,在开花期时较低,根系吸收的铀有1/10~1/5能转移至茎、叶、花籽部位,ρ(U)<250 mg/L的铀溶液对碎米莎草的生长无抑制作用. ②碎米莎草对铀尾沙具有很强的耐受性,但地上部分的富集系数在某些条件下可大于1;地上部分的w(U)在开花期相对较高,至成熟期时下降;在成熟期添加柠檬酸有助于碎米莎草根、茎和叶将铀转移至籽部位.      

不同浓度锌处理下水稻幼苗对镉的累积效应

为探究锌（Zn）对水稻镉（Cd）累积的影响及其根表铁膜所发挥的作用,选取Cd高累积型水稻品种中9优547（简称"Z547"）和Cd低累积型水稻品种金优402（简称"J402"）,采用温室水培试验,研究0、2、5、10、15和20 μmol/L等6个Zn浓度下水稻幼苗对Cd的累积效应,以及不同浓度Zn处理对根表铁膜生成量的影响.结果表明:①随着c（Zn）的增加,Z547和J402水稻幼苗生物量均呈先增后减的趋势,分别在c（Zn）为2和10 μmol/L时达到最大值.②Z547和J402水稻幼苗中w（Cd）均呈先降后增的趋势,分别在c（Zn）为5和2 μmol/L时达到最小值;当水稻幼苗中w（Cd）达到最小值时,Z547根和地上部中w（Cd）分别为31.65和11.47 mg/kg,J402根和地上部中w（Cd）分别为22.58和14.36 mg/kg.③不同浓度Zn处理下水稻幼苗各部位中w（Cd）均与根表铁膜中w（Mn）、w（Fe）、w（Fe+Mn）呈显著正相关,高铁膜处理水稻幼苗中w（Cd）显著高于低铁膜处理,表明根表铁膜生成量的增加会促进Cd在水稻幼苗中的累积.研究显示,当c（Zn）较低时,c（Zn）的增加会抑制水稻幼苗对Cd的累积;当c（Zn）较高时,c（Zn）的增加会促进水稻幼苗对Cd的累积,而Zn可通过控制根表铁膜的生成来影响水稻幼苗对Cd的累积.      

水培条件下秋华柳对重金属Cd的富集特性及光合响应

采用水培试验的方法,研究了不同Cd胁迫浓度〔ρ(Cd2+)分别为0、1、5、10和20 mg/L〕下秋华柳的生长、光合耐性及其对Cd的富集特性和转移能力.结果表明:①随着Cd胁迫浓度的升高,秋华柳生长所受到的抑制程度有所增加.除20 mg/L处理组外,其余各处理组的耐性指数(TI)均大于70,表现出较高的耐性.②低Cd胁迫浓度(1 mg/L)下秋华柳具有较好的光合耐性,当Cd胁迫浓度达到20 mg/L时,秋华柳的光合系统才受到明显影响.③秋华柳对外源Cd的富集能力较强,随着Cd胁迫浓度的升高,秋华柳所积累的Cd显著增加且主要积累于根部,表现为叶<茎<根.当Cd胁迫浓度小于5 mg/L时,秋华柳根部吸收的Cd向地上部分转移的效果较好.试验显示,秋华柳对于较低Cd胁迫浓度(≤10 mg/L)具有较好的耐受性和富集能力,可用于三峡库区消落带表层土壤Cd污染严重区域进行植物修复.      

镧在小麦幼苗富集与幼苗营养生长的关系

通过暴露和暴露恢复试验研究低浓度稀土元素镧对小麦幼苗营养生长的影响.结果表明,幼苗暴露于0.5～25mg/L镧溶液,镧抑制幼苗根的伸长,降低茎叶和根系的干重,降低矿质元素Ca、Mg、Zn、Mn的含量;镧的植物富集速度及镧从根系向茎叶迁移速度与镧暴露浓度呈明显的对数关系.去除镧后,幼苗生长加快,生物量及根长增加,矿质元素含量升高,但已富集的镧主要在作物体内再分配,很难排出体外,且随作物的生长而逐步的稀释,但仍影响作物生长.幼苗中镧的富集量与幼苗相对干重呈负线性相关,幼苗根系生长比茎叶更容易受到溶液中镧抑制.     

钒镉复合污染对水稻吸收积累镉、钒和磷的影响

采用溶液培养法研究钒与镉复合污染对水稻生长及其吸收积累镉的影响,以便弄清在钒与镉复合污染条件下水稻的生长情况.试验结果表明,钒镉复合污染可影响水稻的生长发育.在培养液镉浓度(1 0mg·L-1)不变的情况下,随着溶液中钒浓度的增加,水稻根长、根系和茎叶的干重不断减少.当溶液中钒浓度达到1 6mg·L-1和3 2mg·L-1时,水稻茎叶和根系干重减少分别达到显著水平(p<0 05).钒镉复合污染也影响水稻植株对磷、钒和镉的吸收与积累.当培养液中镉浓度不变时,随着溶液中钒浓度的增加,水稻根系和茎叶中的磷浓度不断降低,而钒含量却不断提高,根系比茎叶积累更多的钒.此外,钒可抑制水稻植株对镉的吸收与积累.     

木霉制剂对海州香薷生长和铜吸收的影响

将里氏木霉FS10-C用苜蓿粉发酵制成固体木霉制剂.采用温室盆栽试验,研究在外源铜浓度为0,100,200,400mg/kg的土壤上,施加木霉制剂对海州香薷生长和铜吸收的影响.结果表明:施加木霉制剂后,除400mg/kg外源铜浓度土壤上地上部干重外,海州香薷生物量在各外源铜浓度土壤上均呈增加趋势.施加木霉制剂的各外源铜浓度土壤NH4OAc提取态铜含量均显著高于空白组(P<0.05),且除100mg/kg外源铜土壤上地上部外,海州香薷铜积累量均呈增加趋势.其中地上部积累量在200和400mg/kg外源铜土壤上均差异显著(P<0.05),根积累量在100mg/kg外源铜土壤上差异显著(P<0.05),总积累量在100和400mg/kg外源铜土壤上均差异显著(P<0.05).可见,里氏木霉FS10-C制剂可通过促进植物生长和提高土壤铜的植物有效性而提高海州香薷对铜的吸收能力,是一种颇具研发潜力的生物修复剂.     

Atrazine accumulation and toxic responses in maize Zea mays

Atrazine accumulation, oxidative stress, and defense response in maize seedlings exposed to extraneous atrazine were studied. Accumulation of atrazine in maize increased with increasing exposure concentration. The abscisic acid (ABA) content was positively correlated with the atrazine concentrations in maize roots and shoots (p < 0.05). Hydroxyl radical (·OH) in maize was determined in vivo with electron paramagnetic resonance spectroscopy. Its intensity was positively correlated with atrazine concentration in roots and shoots (p < 0.05), and higher level of ·OH generated in roots than in shoots corresponded to the major accumulation of atrazine in roots. Superoxide dismutase, peroxidase and catalase in roots were up-regulated by atrazine exposure at 1 mg/L compared to the control and malondialdehyde content in roots was enhanced when atrazine exposure concentration reached 10 mg/L. These results suggested the exposure and accumulation of atrazine caused oxidative toxicity and antioxidant response in maize.     

Effects of As on As uptake,speciation, and nutrient uptake by winter wheat （Triticum aestivum L.） under hydroponic conditions

A hydroponic experiment was conducted to investigate the effects of arsenic （As） stress on growth, nutrition and As uptake, and speciation in shoots and roots of winter wheat （Triticum aestivum L.）. Winter wheat has high tolerance to As. Most As is accumulated in the roots, and an As concentration of 4,421 mg/kg was observed at a solution concentration of 20 mg/L As. Arsenic concentrations in roots were approximately 40-100 times greater than those in shoots. Arsenic in winter wheat roots and shoots occurred as both As^3＋ and As^5＋ species, although As^3＋ was the main species in winter wheat tissues. Arsenic significantly decreased the biomass of winter wheat shoots and roots and affected absorption and transport of micro- and macro-elements in winter wheat tissue. Arsenic treatment significantly increased the concentrations of total Magnesium （Mg） and calcium （Ca） in shoots and enhanced the transport of Mg and Ca from roots to shoots but decreased potassium （K）, nitrogen （N）, and phosphorus （P） concentrations in both shoots and roots, particularly the concentration of P. Concentrations of iron, copper, and zinc in winter wheat shoots were negatively related to As rates, with correlation coefficients （R^2） of 0.93, 0.94, and 0.97, respectively.     

镉对作物种子萌发、幼苗生长及氧化酶同工酶的影响

本文研究了镉对四种作物的某些影响.玉米和西葫幼苗生长受镉抑制明显,根内POD同工酶谱带比对照减少.旱萝卜幼苗生长虽也受抑,但根内POD没有变化.沙窝青萝卜和西葫幼苗根内COD同工酶谱带也比对照减少,这似乎也与镉害有关.     

土霉素对小麦种子发芽与幼苗生长发育的生态毒性

研究了土霉素对小麦种子发芽以及早期幼苗生长发育的生态毒性效应.结果表明,土霉素对小麦种子芽长及根长的抑制效应显著(p<0.01),而且它们之间具有良好的剂量-效应关系.根据线性回归方程得出土霉素对小麦种子芽长和根长的半抑制浓度为65.5 mg/L和34.7 mg/L.然而,土霉素对小麦种子的发芽率并没有显著的影响.研究还表明,0.15~2.4 mg/L土霉素暴露21 d后,小麦叶片中的叶绿素含量降低了35.6%~47.3%,叶片及根部的可溶性蛋白含量也均呈显著下降趋势.暴露7 d后,0.15~2.4 mg/L土霉素对小麦叶片和根部SOD与POD活性的抑制效应不显著,但随着暴露时间的延长,土霉素对小麦的SOD与POD酶活性抑制率显著下降;2.4 mg/L土霉素暴露21 d后,小麦根部的SOD活性下降72.3%,说明土霉素对小麦幼苗体内的抗氧化系统具有破坏作用.该实验结果显示,低浓度土霉素长期暴露对小麦幼苗的生长发育具有不良的生态毒性效应.     

平菇漆酶对不同重金属胁迫的响应

平菇是一种重要的白腐真菌,可以合成包括漆酶在内的多种木质素纤维素降解酶. 以平菇(ACCC 52857)为材料,通过在培养基中分别添加不同浓度的重金属离子(Cu2+、Pb2+、Cd2+),考察菌体生长及培养基中漆酶活性的变化情况,并利用非变性聚丙烯酰胺电泳检测不同重金属离子对平菇漆酶同工酶(Lacc2和Lacc10)活性的影响. 结果表明:在培养基中添加Cu2+、Pb2+、Cd2+对平菇漆酶活性均有不同程度的增强作用. 培养至第9天时,对照组漆酶活性达到最大值,为(565.6±5.2)nkat/mL;而添加重金属离子的各组漆酶活性仍在上升,Cu2+、Pb2+、Cd2+分别以终浓度为3 000、2 000、150 μmol/L时对漆酶活性的增强作用最大,培养至第20天、第15天、第17天时,漆酶活性达到最大值,分别为(8 612.1±840.0)、(2 204.0±347.0)、(2 928.0±217.7)nkat/mL. 非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳结果显示,3种重金属离子对液体培养条件下Lacc2和Lacc10这2种漆酶同工酶活性的影响不同. 培养基中较高c(Cu2+)可以显著增加Lacc10活性;随着c(Pb2+)的升高,Lacc2活性升高;随着c(Cd2+)不断增加,Lacc2活性略有降低,但Lacc10活性逐渐增加. 研究结果有助于进一步解释漆酶的生理功能和漆酶基因的表达调控机制.      

大气中CO2体积分数升高对污染土壤中Cu、Cd形态分布及其生物活性的影响

采用OTC-1型开顶式培养箱,模拟研究了CO2体积分数升高对2种小麦的生长以及根际、非根际中Cu和Cd形态分布的影响.结果表明,CO2体积分数的升高显著提高了小麦地上部和地下部生物量,降低了小麦根际和非根际的pH值.临麦2号和宁麦8号小麦地上部干重分别增加了36.9%和25.2%,地下部干重则分别增加了55.1%和59.7%.此外,CO2体积分数升高对不同重金属形态分布的影响随小麦品种和重金属种类的不同而异.在高CO2体积分数条件下,可交换态(F1)Cu和Cd含量显著提高,其中临麦2号根际土壤可交换态Cu和Cd含量分别较对照增加10.6%和29.6%,宁麦8号根际土壤可交换态Cu和Cd分别较对照增加11.0%和20.3%;碳酸盐结合态(F2)Cu和Cd均有所降低,其中宁麦8号和临麦2号根际Cu降低均达极显著(分别降低73.6%和50.0%);铁锰氧化物结合态(F3),有机结合态(F4)和残渣态(F5)Cu和Cd在CO2体积分数升高情况下变化较小.同时CO2体积分数升高还显著增加了2种小麦地上部和地下部铜累积量,增加了临麦2号地上部和地下部镉累积量和宁麦8号地上部镉累积量,但对宁麦8号地下部镉累积量无显著影响.     

Mineral nutrient imbalance, DNA lesion and DNA-protein crosslink involved in growth retardation of Vicia faba L. seedlings exposed to lanthanum ions

Effects of mineral nutrient imbalance, DNA lesion and DNA-protein crosslink on growth of Vicia faba L. seedlings hydroponically cultivated in concentrations of extraneous lanthanum (La) for 20 days were investigated in the present experiment. The results showed that contents of La, Cu or K elements in roots generally changed synchronously with those in leaves, while Ca, Fe, Zn, Mg, Mn or P in the roots altered inversely to those in the leaves. Thus, the extraneous La led to redistribution and imbalance of mineral nutrient elements in the roots and leaves. DNA lesion and DNA-protein crosslink were investigated by single cell gel electrophoresis (SCGE) and sodium dodecyl sulfate/potassium (SDS/K⁺) precipitation methods, respectively. The results demonstrated that the increasing La induced DNA break and DNA-protein crosslinks (DPCs) in the seedlings. These results suggested that mineral nutrient imbalance, DNA lesion and DNA-protein crosslink were involved in the growth retardation and growth alteration of the seedlings, which may help to understand the mechanisms of rare earth elements (REEs) on plant growth.     

外加不同铁源和丛枝菌根对砷污染土壤上玉米生长及磷、砷吸收的影响

通过盆栽模拟试验研究了添加不同铁源及接种丛枝菌根真菌(Arbuecular mycorrhizal fungi,AMF)对高砷污染土壤上玉米生长及其吸收磷、砷、铁、锰、铜和锌的影响.试验结果表明,与对照相比,添加硫酸亚铁并接种AMF显著地提高了土壤有效铁、锰含量,降低了土壤中水溶性砷、磷含量以及玉米地上部砷的含量,并极大地增加了植株对磷的吸收,提高了植株体内磷砷吸收量之比,从而明显地改善了植株的菌根建成和生长状况.在不接种情况下,硫酸亚铁和石灰混合处理显著地降低了土壤水溶性砷、磷含量及根系砷含量,并明显增加了磷的吸收以及磷、砷吸收量的比值,使玉米植株生物量和根长增加的幅度较其它铁源处理时更大.尽管添加铁尾矿砂增加了土壤水溶性磷的含量以及植株磷的吸收而在一定程度上改善了玉米的生长,但这种效果以不接种时更为明显,因而有必要根据土壤的污染程度调整铁尾矿砂的添加量和接种抗性菌株,以强化植物的抗砷能力.