镉超富集植物筛选研究进展

我国金属矿山、冶炼企业周边土壤镉污染现象十分严重,利用超富集植物修复镉污染土壤有其特殊优势。植物修复方法的关键是选择对镉有耐性和有超富集特性的植物——超富集植物。概述了超富集植物的概念和特征,并对镉超富集植物的筛选工作进展进行了综述。     

转枣树金属硫蛋白基因拟南芥对镉的耐受性研究

对转枣树金属硫蛋白(MT)基因拟南芥植株与非转基因对照组拟南芥对重金属镉的耐受性进行了研究,为实现用转基因生物法治理环境中重金属污染提供依据。采用水培实验,比较了转基因拟南芥与对照组拟南芥对镉的吸收情况。实验表明:经0.1 mol/L镉处理24 h和48 h时,转枣树MT基因拟南芥根部对镉的吸收量分别为22,323 mg/L,地上部分为513,667 mg/L,明显超过对照组(根部93,107 mg/L;地上部分323,437 mg/L);0.001 mol/L镉浓度处理下,转MT基因拟南芥对镉的富集系数为92.0%,而对照组仅为47.3%;转枣树MT基因拟南芥对镉的转移系数为1.053~3.473,因此转MT基因拟南芥属于镉超富集植物,转枣树MT基因显著地提高了拟南芥对重金属镉的耐受性。     

部分植物富集镉能力探讨

综述了农作物、油料作物、蔬菜、水果、杂草和树木等植物富集镉的不同情况,指出了现在研究植物富集镉能力的弊端,提出寻找自然生长在镉污染区生物量大的耐镉植物是植物修复镉污染土壤的一条重要途径。     

植物根系对镉毒害的防御及其代谢

本文采用植物根系生物量、根系内活性氧清除酶活性变化和植物表观中毒症状作指标 ,研究了 Cd毒害对草坪植物的毒性作用、根系应激反应。结果表明 ,当土壤溶液中 Cd浓度达 1.5× 10 - 3mol· dm- 3时 ,植物体内活性氧代谢、生长状况将出现异常 ,甚至出现明显的表观中毒症状。 Cd对植物体内清除酶活性的毒性强度为 CAT>SOD>POD。匍匐翦股颖 (Agrostis stolonifera)根系对 Cd毒害的抵抗作用强于多年生黑麦草 (L olium perernne)。     

镉砷污染土壤“三高”富集植物筛选与修复成本分析

文章通过湖南镉砷复合污染矿区筛选的具有高生物量、高富集量、高利用价值的10种"三高"富集植物进行大田对比试验,拟确定其修复效果,为湖南镉砷复合污染植物修复技术提供支撑。结果表明,不同富集植物的生物量,镉(Cd)、砷(As)含量及积累量皆差异显著。籽粒苋和秋葵可作为Cd污染土壤的修复植物,其Cd含量分别为东南景天的11.0%(P<0.05)和15.4%(P<0.05),但积累量分别比景天高133.3%(P<0.05)、131.3%(P<0.05);地肤和水稻Cd含量略低于籽粒苋和秋葵,其Cd积累量与景天相当;但所有植物As含量远低于蜈蚣草,As积累总量也较低,皆不适合作为As污染土壤的修复植物。从修复成本上看,人力成本平均占植物修复成本的81.7%,不同植物修复成本差异主要发生在除草和秸秆离田的人力成本和种子种苗的生产资料成本上。可见,筛选"三高"富集植物是植物修复的关键环节,而采用种植技术成熟、种子繁殖且生长快的富集植物则是降低植物修复成本的关键;籽粒苋和秋葵可作为Cd污染土壤的修复植物,地肤和水稻也可选择性的作为Cd污染土壤的修复植物。     

镉胁迫对2种酸性土壤地肤生长及其修复镉能力的影响

针对南方农田酸性土壤重金属镉(Cd)污染突出的问题,分别以初始镉(Cd)(1.253, 1.553, 2.153, 2.753, 4.253, 10.253mg/kg)胁迫及pH值6.10(T处理组)、pH值5.00(TS处理组)下的样土为盆栽土壤,选取地肤为修复植物,通过温室盆栽控制实验研究Cd污染土壤中地肤的耐性以及初始土壤p H值和Cd浓度对地肤提取土壤中Cd能力的影响.结果表明,所有处理组成熟期地肤茎生物量均高于地下根系生物量;T处理组地肤的根际土、非根际土有效态Cd含量均高于TS处理组;所有处理组地肤的茎部Cd含量均高于根系(即根茎转移系数大于1),且根系和茎部的富集系数均大于1.通过对地肤种植前后土壤镉含量进行对比分析结果显示,T和TS处理组每盆地肤对Cd的去除率分别为0.84%～1.85%、0.94%～2.38%,说明地肤对酸性土镉污染具有更好的修复效果.在T处理组,当土壤Cd浓度为2.753mg/kg时,地肤对土壤Cd的去除率达到最高,为(0.62±0.16)%;在TS处理组,则是土壤Cd浓度为1.253mg/kg时的去除效果最佳,为(0.79±0.07)%.综合表明地...     

镉超富集植物球果蔊菜对镉-砷复合污染的反应及其吸收积累特征

采用室外盆栽模拟方法,比较和分析了镉(Cd)-砷(As)复合污染处理对球果蔊菜(Rorippa globosa,十字花科焊菜属,1种从农田杂草中新发现的镉超富集植物)的生长及其对Cd、As吸收和积累特征的影响.结果表明,在低浓度Cd-As复合污染条件下,由于Cd、As的拮抗作用,从而促进植物的生长发育,同时也促进地上部对Cd的吸收和积累.在Cd-As复合污染处理浓度为10 mg/kg和50 mg/kg时,株高和地上部干重达到最大(分别为35.9 cm和2.2 g,盆),叶片中Cd积累量高于同浓度单一Cd处理.Cd-As复合污染高浓度处理表现出对球果蔊菜生长以及Cd的吸收和积累有协同的抑制作用.同时,球果薄菜根部对As的吸收能力大于其地上部,相应的富集系数≤0.3,转移系数≤0.6,说明球果萍菜对As有一定的排斥作用.这些结果表明,球果蔊菜有很强的忍耐Cd-As复合污染的能力,对修复Cd-As复合污染土壤具有一定的潜力.     

镉超富集植物球果菜对镉-砷复合污染的反应及其吸收积累特征

采用室外盆栽模拟方法,比较和分析了镉（Cd）-砷（As）复合污染处理对球果菜（Rorippa globosa,十字花科焊菜属,1种从农田杂草中新发现的镉超富集植物）的生长及其对Cd、As吸收和积累特征的影响.结果表明,在低浓度Cd-As复合污染条件下,由于Cd、As的拮抗作用,从而促进植物的生长发育,同时也促进地上部对Cd的吸收和积累.在Cd-As复合污染处理浓度为10 mg/kg和50 mg/kg时,株高和地上部干重达到最大（分别为35.9 cm和2.2 g/盆）,叶片中Cd积累量高于同浓度单一Cd处理.Cd-As复合污染高浓度处理表现出对球果菜生长以及Cd的吸收和积累有协同的抑制作用.同时,球果菜根部对As的吸收能力大于其地上部,相应的富集系数≤0.3,转移系数≤0.6,说明球果菜对As有一定的排斥作用.这些结果表明,球果菜有很强的忍耐Cd-As复合污染的能力,对修复Cd-As复合污染土壤具有一定的潜力.     

镉-八氯代二苯并呋喃复合污染土壤中紫茉莉对镉的修复能力

针对土壤重金属-持久性有机物复合污染日益严重的现象,本研究以镉(Cd)和1,2,3,4,6,7,8,9-八氯代二苯并呋喃(OCDF)为典型的重金属和持久性有机污染物,选取紫茉莉为修复植物,通过温室盆栽实验研究Cd-OCDF复合污染土壤中植物的耐性以及有机物对植物提取土壤中Cd能力的影响.结果表明种植3个月期间,紫茉莉在Cd浓度≤200 mg·kg-1的复合污染土壤中具有较强的耐性,株高和生物量降低有限;与Cd单一污染相比,OCDF对紫茉莉株高、根部生物量无显著影响,Cd浓度200 mg·kg-1,OCDF浓度500μg·kg-1时,OCDF存在使紫茉莉地上生物量降低22.19%,其它处理组,OCDF对紫茉莉地上生物量无显著抑制作用,反而某些处理组增加紫茉莉地上生物量.Cd-OCDF复合污染效应与Cd单一污染相比,Cd浓度为200 mg·kg-1,OCDF浓度为100μg·kg-1时,紫茉莉根部Cd积累量降低了34.44%,Cd浓度为400 mg·kg-1,OCDF浓度为100μg·kg-1时,根部和叶部Cd积累量分别降低了7.93%和18.09%;其它处理组,OCDF不同程度地提高了紫茉莉根、茎、叶提取和积累土壤中Cd的能力.可见,用紫茉莉修复高浓度Cd-OCDF复合污染土壤中的Cd具有实践上的可行性.     

重金属镉和铜对发头裸腹溞的慢性毒性

在较低浓度时，镉有提高发头裸腹各胎仔量的趋势，而铜的这种作用不明显；在较高浓度时，镉和铜均能显著地降低各胎仔量。由于几乎在所有的浓度水平，镉和铜均能显著地减少总胎数，因此，发头裸腹整个生命周期中的总仔量在无效应浓度（ＮＯＥＣ）以上的所有浓度水平均显著下降，重金属镉和铜对发头裸腹的生殖有显著影响。对于发头裸腹，生命周期中的总仔量是重金属慢性毒性最合理的指标。镉和铜对发头裸腹总仔量的半效应浓度（ＥＣ５０）分别为２０．３μｇＣｄＣｌ２／Ｌ和１１．０μｇＣｕＣｌ２／Ｌ。     

苯并三唑和镉对斑马鱼肝脏的联合毒性效应

采用转基因斑马鱼Tg (lfabp10a: dsRed; elaA:EGFP)为模型,探讨了环境中苯并三唑及其衍生物(BTRs)与重金属镉对斑马鱼的单独与联合肝脏毒性效应.结果表明,0.001~0.1μmol/L CdCl2单独暴露使斑马鱼肝脏结合蛋白基因lfabp10a表达量增强,肝脏尺寸相对空白对照组显著膨大(P<0.005),而1μmol/L CdCl2显著抑制斑马鱼lfabp10a的表达,肝脏尺寸相对空白对照组显著降低(P<0.005).苯并三唑(1H-BTR,1H-benzotriazole)相对CdCl2而言毒性较低,5 μmol/L 1H-BTR暴露时斑马鱼肝脏lfabp10a表达量增强(P=0.000).联合暴露研究发现,1H-BTR能显著降低重金属镉对斑马鱼的肝脏毒性.因此, 苯并三唑在环境污染物毒性评价中具有重要意义.     

砷与镉、锌离子对斑马鱼的联合毒性实验

联合毒性实验在水环境污染评价中极为重要,为了研究砷、镉、锌混合污染的联合毒性,以斑马鱼为实验生物,采用相加指数法进行了联合毒性实验。结果表明,As³⁺与Cd²⁺,以及As³⁺与Zn²⁺共存时的联合毒性均为拮抗作用,而Cd²⁺与Zn²⁺的联合毒性主要为毒性剧增的协同作用。但当As³⁺,Cd²⁺,Zn²⁺3种毒物联合时其毒性为拮抗作用。     

Se-Ca联合膳食干预缓解Cd诱导小鼠肝肾毒性

为探究Se-Ca联合膳食干预对生物Cd中毒的缓解效果,选取88只BALB/c小鼠,随机划分为19组,在相同饲料Cd暴露浓度下(2mg/kg)分别设置低、中、高浓度的Se和Ca单独和联合膳食干预处理,并观察30d后小鼠的生长发育、肝肾功能、氧化应激状态和组织病理变化.结果显示,Se-Ca联合干预可有效缓解Cd蓄积所致小鼠生长发育迟缓现象,且进一步促进小鼠生长;肝肾功能及氧化应激指标测定结果表明,Se-Ca联合干预对Cd暴露下小鼠肝脏AST、GSH、SOD、GSH-Px和肾脏BUN、MDA、SOD的保护效果优于单一元素干预;联合干预仅需较小剂量即可达到单独Se或Ca干预对肝肾病理损伤的最佳缓解效果.Se-Ca联合膳食干预可有效缓解Cd摄入导致的生长发育缓慢和肝肾毒性,且较之单一元素的干预效果更佳.     

Potential of Pteris vittata L. for phytoremediation of sites co-contaminated with cadmium and arsenic： The tolerance and accumulation

Field investigation and greenhouse experiments were conducted to study the tolerance of Pteris vittata L. （Chinese brake） to cadmium （Cd） and its feasibility for remediating sites co-contaminated with Cd and arsenic （As）. The results showed that P. vittata could survive in pot soils spiked with 80 mg/kg of Cd and tolerated as great as 301 mg/kg of total Cd and 26.8 mg/kg of diethyltriaminepenta acetic acid （DTPA）-extractable Cd under field conditions. The highest concentration of Cd in fronds was 186 mg/kg under a total soil concentration of 920 mg As/kg and 98.6 mg Cd/kg in the field, whereas just 2.6 mg/kg under greenhouse conditions. Ecotypes of P. vittata were differentiated in tolerance and accumulation of Cd, and some of them could not only tolerate high concentrations of soil Cd, but also accumulated high concentrations of Cd in their fronds. Arsenic uptake and transportation by P. vittata was not inhibited at lower levels （〈20 mg/kg） of Cd addition. Compared to the treatment without addition of Cd, the frond As concentration was increased by 103.8% at 20 mg Cd/kg, with the highest level of 6434 mg/kg. The results suggested that the Cd-tolerant ecotype of P. vittata extracted effectively As and Cd from the site co-contaminated with Cd and As, and might be used to remediate and revegetate this type of site.     

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.     

镉致黑斑蛙肝脏中ROS生成及其蛋白质氧化损伤作用

在实验条件下,将健康性成熟黑斑蛙(Rana nigromaculata)暴露于0.005、0.010、0.050和0.100mg·L-1浓度的镉溶液中30d,采用2,4二硝基苯肼比色法测定肝组织蛋白质羰基含量,KCl-SDS沉淀法测定DNA-蛋白质交联含量,并测定了肝组织中活性氧自由基(ROS)的水平,以探讨镉对黑斑蛙肝组织蛋白质的氧化损伤作用及其作用机制.结果表明,随染镉浓度的增加,黑斑蛙肝线粒体中的ROS水平明显升高,各染毒组与对照组相比有显著性差异;肝蛋白质羰基(PCO)含量和DNA-蛋白质交联(DPC)也随镉暴露浓度的增加而升高,且均呈明显的浓度-效应关系,但这种升高仅在镉浓度为0.05、0.10mg.L-1时才具有显著意义.结果还显示,低浓度镉的长期暴露可引起黑斑蛙肝蛋白质氧化损伤和DNA损伤,诱导产生大量自由基可能是导致蛋白质和DNA产生损伤的主要机制之一.     

温度变化时沉积物中铜、镉形态对水生生物的可给性

运用重金属逐级提取法,采用人工半合成方法,对温度变化时长江南京段沉积物中铜、镉形态对鲤鱼和螺蛳的生物可给性进行了研究。结果表明,由于生活习性不同,鲤鱼和螺蛳富集铜、镉受温度变化的影响不同。温度升高时,主要在水体底层活动的鲤鱼富集铜、镉的能力明显增加;作为底栖生物的螺蛳的富集能力不随温度增加而变化。     

CdI42-·Fe(phen)32+离子对1,2-二氯乙烷萃取光度法测定水中痕量镉的研究

研究萃取光度法测定痕量Cd的最佳实验条件,结果表明,λ_max=512nm,ε=2.42×10⁶L·mol^-1·cm^-1,相对标准偏差为2.6%(自来水)和3.1%(河水).水样中Cd的含量在0-1μg/25ml范围内服从比尔定律。应用于自来水及河水中Cd的测定,结果令人满意。