镉和铅对长柔毛委陵菜体内锌的亚细胞分布和化学形态的影响

通过营养液培养并采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法,分析了Cd和Pb及不同Zn盐对长柔毛委陵菜(Potentilla griffithii var.velutina)叶片、叶柄和根中Zn的亚细胞分布和化学形态的影响.结果表明,除对照外,长柔毛委陵菜体内46%～74%和16%～33%的Zn分别分布在细胞壁和可溶部分中;在所有处理中,细胞壁和可溶部分的Zn含量占总量的74%～95%,这说明细胞壁和可溶部分是Zn在植物体内的2个主要分布位点.与对照相比, Zn、Cd和Pb的添加使Zn在细胞壁的分配比例显著增加9%～38%(P<0.05),而可溶部分的分配比例则显著减少6%～40%(p<0.05).与单Zn处理相比, Cd和Pb虽然没有改变Zn亚细胞分布中"细胞壁>可溶部分>细胞核和叶绿体>线粒体"的格局,但增加了在细胞壁或可溶部分的分配比例,促进Zn向细胞壁或液泡中转移.Zn在长柔毛委陵菜体内以多种化学形态存在:在对照中植物各部位和单Zn处理的叶片中, Zn的乙醇提取态和水提取态所占比例达到61%～87%;在单Zn处理的叶柄和根中, Zn的氯化钠提取态和乙醇提取态占总量的62%～73%;在Zn/Cd和Zn/Pb复合处理中,氯化钠提取态、乙醇提取态和水提取态等3种化学形态占总量的70%～89%.Zn、Cd和Pb的添加大多提高了Zn的氯化钠提取态的分配比例,而降低乙醇提取态的分配比例,促进Zn向活性较弱的结合形态转移.这些结果表明细胞壁固持、液泡区隔化和活性较强化学形态的减少是长柔毛委陵菜在单Zn处理、Zn/Cd和Zn/Pb复合处理下耐Zn的主要机制.此外,不同Zn盐对长柔毛委陵菜的Zn亚细胞分布没有明显影响,而硝酸锌处理使Zn的乙醇提取态成为优势形态.     

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.     

铅锌尾矿污染区3种菊科植物体内重金属的亚细胞分布和化学形态特征

通过实地调查分析广西阳朔某铅锌尾矿污染农田自然生长的3种常见菊科植物野艾蒿、胜红蓟和野茼蒿体内的重金属含量,并采用差速离心与化学试剂提取法分析重金属在植物中的亚细胞分布及其存在的化学形态,探究菊科植物对重金属的积累、耐性特征和机制.结果表明,污染区土壤受Cd、Pb、Zn这3种重金属污染严重,其含量分别比国家土壤环境二级标准(GB 15618-1995)超标37.7、5.7和8.9倍,植物体内Cd、Pb和Zn含量都超过正常范围.野茼蒿和胜红蓟对Cd具有较强的迁移能力和富集能力,适用于Cd污染土壤的生态修复.此外,野茼蒿的茎和叶中Cd的含量分别为159.6 mg·kg~(-1)和219.5mg·kg~(-1),超过Cd超富集植物的临界标准,可见野茼蒿完全具有Cd超富集植物的基本特征,是Cd超富集植物.3种菊科植物地下部和地上部的Cd、Pb和Zn主要分布在液泡可溶组分和细胞壁中,而在细胞器中的分布较少.植株中大部分的重金属以迁移性较低的氯化钠提取态、醋酸提取态和盐酸提取态存在.因此,液泡区隔化、细胞壁固持和重金属以低活性的化学形态为主可能是3种菊科植物应对重金属胁迫的重要耐性机制.与野艾蒿相比,胜红蓟和野茼蒿茎叶中的Cd更多地贮存在液泡中,且地上部"活性态"Cd的积累比例低于根系,这些很可能是胜红蓟和野茼蒿忍耐和富集镉的重要途径.     

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.     

锌对长柔毛委陵菜中铅的分布和化学形态的影响

通过营养液培养并采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法,分析了Zn对Pb在长柔毛委陵菜(Potentilla griffithii var. velutina)的器官及其亚细胞分布和化学形态的影响.结果表明,除对照外,79%～88%的Pb富集在长柔毛委陵菜的根部,并且植物体内47%～77%和13%～45%的Pb分别分布在细胞壁和可溶组分中.虽然加Zn没有改变Pb在植物亚细胞分布中"细胞壁>可溶组分>细胞核和叶绿体>线粒体"的格局,但Pb和Zn的添加都增加了Pb在细胞壁的分配比例,减少其在可溶组分的富集,即Pb和Zn的添加增强了细胞壁对Pb的固持作用.长柔毛委陵菜体内的Pb以不同化学形态存在:在对照中82%～89%的Pb以乙醇提取态和水提取态存在;而在其它处理中以盐酸提取态为最高形态,占总量的28%～60%.同时,Pb和Zn的添加导致植物中Pb的乙醇提取态和水提取态等活性较强形态的分配比例减少,促进Pb向活性较弱的结合形态转移.因此,根部滞留、细胞壁固持、可溶组分的液泡区隔化和活性较强的结合形态的减少是长柔毛委陵菜耐Pb的主要机制.     

碎米荠对硒、镉超富集特性研究

超富集植物在营养元素生物强化及重金属污染植物修复技术领域有重大应用前景。通过野外调查和栽培实验,研究了碎米荠植物对硒镉的吸收富集特征。研究表明:野生碎米荠中Se含量达数百mg/kg,叶片中Se最高含量为1 365 mg/kg。地上部Se的生物富集系数在2.8~43.8的范围内,大部分超过10;生物转移系数在0.46~1.88之间,大部分大于1。地上部Cd含量都超过了100 mg/kg,叶中的Cd含量大部分在400~800 mg/kg之间。富集系数都大于1,且农田及小溪流域植株地上部Cd的生物富集系数高达几十甚至上百,Cd的生物转移系数大部分超过1。露天栽培条件下,碎米荠中的硒镉含量随盆栽土壤中硒镉浓度的上升呈现出先增加后降低的特征,当Se含量为50 mg/kg时植物中的Se含量最高,此时地上部Se含量为995 mg/kg,地下部Se含量1 100 mg/kg。当Cd浓度为80 mg/kg时,植株当中Cd含量最高,地上部和地下部中的Cd含量分别高达550 mg/kg、337 mg/kg。研究认为湖北渔塘坝发育的碎米荠植物是硒镉多元素超富集植物,在硒镉生态环境污染修复方面具有重大应用前景。     

香根草对镉毒害的生理耐性和积累特性

研究了不同Cd水平(0、1、7.5、15、30mg·L-1)对香根草生理生化指标的影响.实验结果表明,香根草对Cd的积累能力与处理浓度密切相关,体内积累的Cd含量随着Cd处理浓度的增加逐渐增加.当Cd处理浓度为30mg·L-1时,根系积累的Cd含量最高达到2232mg·kg-1(以干重计).低浓度Cd(1mg·L-1和7.5mg·L-1)可促进叶绿素含量和根系活力,但随着Cd处理浓度的增加,叶绿素含量和根系活力逐渐下降.不同浓度的Cd胁迫增加了植物体内丙二醛(MDA)含量、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性.可溶性蛋白质含量随着Cd处理浓度的增加逐渐下降.香根草对Cd的积累能力很高且主要分布在根部,但将Cd运输到地上部的能力较差.香根草虽不是Cd超积累植物,但具有比较强的稳定化能力,在污染土壤的修复方面有一定应用潜力.     

不同改良剂对微碱性土壤镉形态及小麦吸收的影响

研究过磷酸钙、石灰和硅钙镁肥单一施用对土壤Cd形态和小麦植株不同器官Cd含量的影响,以期为微碱性Cd污染土壤安全利用提供理论参考.通过盆栽试验,研究不同改良剂对小麦成熟期土壤Cd形态以及二乙基三胺五乙酸（DTPA）提取态镉含量的影响,分析小麦不同器官中Cd的含量.结果表明：过磷酸钙显著降低了土壤的pH值,石灰和硅钙镁肥显著提高了土壤的pH值.3种改良剂均可以显著降低土壤DTPA提取态镉含量,其中施用硅钙镁肥（3%）的效果最好,降幅为73.60%.添加硅钙镁肥可显著降低土壤可交换态镉含量,同时增加残渣态镉含量,其中硅钙镁肥（3%）处理效果最佳,土壤可交换态镉含量降幅为63.30%,残渣态镉含量增幅为56.20%.3种改良剂均可显著降低小麦地上部、地下部Cd含量,其中硅钙镁肥处理对小麦地上部及地下部Cd含量降低效果最佳.硅钙镁肥（1.2%）处理对小麦籽粒镉含量降低效果最好,降幅为90.85%.土壤pH值与土壤DTPA提取态Cd含量达到了极负显著水平,土壤DTPA提取态Cd含量与小麦各器官中Cd呈极显著正相关.因此,施用不同改良剂可不同程度的降低土壤中Cd的生物有效性和小麦植株不同器官中Cd的含量,缓解Cd对植株的胁迫效应. 3种改良剂在同等剂量水平下,硅钙镁肥对小麦器官中镉的降低效果最佳.     

氮肥和钾肥强化龙葵修复镉污染土壤

采用室外盆栽实验,研究了施用氮肥[(NH4)2SO4]和钾肥(KCl)对镉超积累植物龙葵(Solanum nigrum L.)的生长和吸收累积Cd 的影响.结果表明,(NH4)2SO4 虽不能显著提高龙葵地上部Cd 含量,但可显著提高龙葵地上部干重,因而显著提高了龙葵地上部Cd 的积累量,最大可提高2.8 倍;KCl 在高浓度处理时可以显著提高龙葵地上部Cd 含量,然而它对地上部干重有抑制作用,最终没能提高龙葵地上部Cd 的积累量.施用(NH4)2SO4 可显著降低土壤pH 值,但对土壤有效态Cd 含量无显著影响;施用KCl 可使土壤pH 值显著提高,同时使土壤有效态Cd含量显著增加. (NH4)2SO4 的强化龙葵修复效果较好.     

叶用油菜和孔雀草间作对植物生长和镉累积的影响

为揭示镉（Cd）低积累作物与超富集植物间作对Cd污染土壤安全利用和提取修复的作用,通过盆栽试验,将两种Cd累积能力不同的叶用油菜（Brassica chinenesis L.,低积累油菜华骏和普通油菜寒绿）与4种孔雀草（Tagetes patula L.,矮杆红花、矮杆黄花、高杆红花和高杆黄花）间作,研究间作措施对两类植物生长、光合作用参数、Cd累积以及土壤有效态Cd和可溶性有机碳（DOC）含量的影响.结果表明,与单作相比,间作后油菜生物量显著降低,孔雀草生物量显著升高.间作处理中油菜叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率较单作均显著降低.华骏与矮杆红花间作时,华骏地上部Cd含量较单作显著降低14.5%,矮秆红花地上部Cd含量显著增加36.5%;其余间作处理下油菜地上部Cd含量均显著升高或无显著变化,而孔雀草地上部Cd含量无显著变化.间作处理下,油菜地上部Cd累积量较单作处理显著降低,孔雀草地上部Cd累积量显著升高.间作处理下土壤Cd提取率与孔雀草单作处理无显著差异.油菜地上部Cd含量与土壤有效态Cd以及DOC含量分别呈极显著和显著的正相关关系.总之,Cd低积累油菜华骏与孔雀草矮杆红花间作组合表现最佳,在Cd污染菜地土壤的修复和安全利用中有较好的应用价值.     

蒌蒿(Artemisia selengensis)对土壤中镉的胁迫反应及修复潜力研究

以洞庭湖湿地新发现的Cd高富集植物——蒌蒿(Artemisia selengensis)为试验材料,采用盆栽方式,系统研究了蒌蒿在生长期内对Cd的性状反应及富集特征.结果表明,大于40mg.kg-1的Cd胁迫对蒌蒿叶片伤害明显,且导致生物量下降,但植株在100mg.kg-1胁迫下可完成生活史,对Cd有较强的耐受能力;土壤中有效态Cd的含量仅占土壤全Cd含量的15.3%～37.1%;相同胁迫浓度下,各生长阶段的植株体内Cd含量差别不大,但由于生物量的原因,幼苗期对Cd的提取量显著小于其他时期,其中40～60mg.kg-1的Cd处理可使蒌蒿地上部分Cd含量达492～588mg.kg-1(成株期),且植株对该浓度范围的Cd污染去除效果最好;蒌蒿可作为对湿地土壤Cd污染较理想的修复植物加以研究和利用.     

海州香薷根细胞壁对铜的吸附固定机制研究

海州香薷是铜耐性植物,细胞壁是其吸收积累铜的重要场所.本文利用细胞壁化学改性结合吸附动力学试验和红外光谱学研究了海州香薷根细胞壁及其组分对Cu2+的吸附动力学特征,以及它们吸附固定Cu2+的功能基团.吸附动力学试验表明,海州香薷根细胞壁对Cu2+吸附300 min后,吸附量已接近饱和水平,达到最大吸附量的90%左右;500 min时达到吸附饱和,饱和吸附量为5.85 mg·g-1.当细胞壁进行化学改性后,如氨水处理细胞壁使果胶变成低酯化的酰胺类果胶或者去除细胞壁中的纤维素,根细胞壁对铜的吸附量会显著降低.果胶和纤维素分别吸附了19.85%和25.48%的Cu2+,是细胞壁吸附固定Cu2+的两大主要组分.红外光谱研究也表明,在海州香薷根细胞壁吸附Cu2+的过程中,羟基、羧基和氨基是Cu2+的主要结合位点.其中,果胶为Cu2+的结合提供了羟基官能团,纤维素和半纤维素为Cu2+的结合提供了羧基官能团,而细胞壁蛋白提供了氨基官能团等结合位点.由此可见,根细胞壁及其各个组分对Cu2+具有较高的吸附固定能力,是海州香薷根系Cu耐性的重要机制.     

磷对不同辣椒品种镉积累、化学形态及生理特性的影响

采用盆栽试验研究了重金属Cd (10 mg·kg^-1)污染下,叶面喷施不同磷浓度(0、 0.3%、 0.5%)对不同品种辣椒生长、抗氧化酶活性及辣椒体内Cd形态和积累量的影响.结果表明,喷磷后,辣椒果实、根和叶干重和植株总干重、Cd含量及积累量在2个品种之间的差异均达到了显著水平.适量喷施磷增加了世纪朝天椒果实及植株总干重,但降低了艳椒425的果实及植株总干重.喷磷使2个品种辣椒叶CAT活性先增加,然后下降,随磷水平增加,艳椒425叶SOD和POD活性呈上升趋势,世纪朝天椒叶SOD和POD活性则呈下降趋势.辣椒果实中Cd的形态以F_NaCl> F_HAC> F_E> F_r> F_HC> F_W.喷磷明显降低了艳椒425中乙醇提取态、盐酸提取态和残渣态及Cd提取总量,但增加了世纪朝天椒中离子水提取态、醋酸盐提取态、残渣态及Cd提取总量.辣椒中Cd积累量以根>茎>叶>果实.喷施0.3%和0.5%磷使艳椒425果实Cd积累量和植株的Cd积累总量分别较对照降低了47.7%、 58.5%和5.5%、 13.1%,喷施0.5%的磷使朝天椒果实Cd的积累量也降低了23.6%.     

胶质芽孢杆菌对印度芥菜富集土壤Cd及土壤pH的影响

采用根袋法盆栽试验,研究接种活菌量浓度分别为1×1010 cfu·kg-1 (T1)和2×1010 cfu·kg-1(T2)的胶质芽孢杆菌,对印度芥菜富集土壤Cd、土壤有效态Cd含量及土壤pH的影响.结果表明,以不接种菌液作为对照,处理T1、T2地上部分生物富集系数分别为13.58、16.83,与对照相比分别提高42.95％、77.16％;地下部分生物富集系数分别为4.35、4.83,分别比对照提高24.64％、38.40％;土壤的净化率分别是对照的1.73、2.20倍.对照组土壤有效态Cd含量随着时间的延长而降低,根际和非根际土壤分别降低32.93％和45.54％;但T1和T2处理中,根际、非根际土壤有效态Cd含量分别提高15.15％、31.73％和36.54％、45.28％.收获时,处理T1、T2根际土壤pH降低率分别是对照的1.08、1.10倍.不同浓度胶质芽孢杆菌处理下土壤pH与有效态Cd含量均呈显著负线性关系.综上,胶质芽孢杆菌主要是通过改变土壤pH来影响土壤Cd生物有效性,从而促进超富集植物的修复效果.本研究可为微生物辅助植物修复重金属污染土壤提供一定理论依据和实践指导.     

接种内生细菌对龙葵吸收积累镉的影响

通过在LB培养基中加入不同浓度的镉,从镉超富集植物龙葵植株内分离到3株很强的镉抗性内生菌株N1、N2、N4,最高耐受镉浓度达300 mg·L^-1.通过生理生化鉴定和16S rDNA序列分析,初步确定N1为芽孢杆菌属（Bacillus sp.）细菌,N2为肠杆菌属（Enterobacter sp.）细菌,N4为巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）.将龙葵种植在含有一定镉（50 mg·kg^-1）的土壤中进行盆栽试验,以灌根的方式分别接种分离到的3株细菌及其混菌组合,并对其株高、生物量及镉吸收能力进行分析.结果显示,N4菌株处理的龙葵叶、茎、根部镉含量比不接菌对照分别增加32.94%、14.50%、23.44%,差异显著（p<0.05）;接种N1+N2+N4混菌的处理龙葵叶、茎和根干重分别比不接菌对照高出118.22%、109.83%和113.01%,植株地上和地下镉吸收总量分别增加109.53%和83.01%,差异显著.试验表明供试菌株能显著促进植株生长,强化龙葵吸收土壤中镉的能力.     

不同供磷水平对四种超富集植物生长及吸收重金属的影响

本论文通过水培试验研究了以KH2PO4作为磷(P)源在不同浓度(0~45.52 mg·L-1)和以Ca3(PO4)2作为磷(P)源在22.76 mg·L-1对Zn/Cd超富集植物东南景天Sedum alfredii、Zn/Cd/Ni超富集植物遏蓝菜Noccaea caerulescens(两个品种)和Ni超富集植物庭荠属Alyssum murale在20 mg·L-1(Zn)、18 mg·L-1(Ni)、10 mg·L-1(Pb)和0.5 mg·L-1(Cd)胁迫下的生长和吸收重金属的影响.试验结果表明严重缺磷的无磷和磷酸钙源处理显著抑制了这些超富集植物的生长,但4种超富集植物的地上部生物量在11.38、22.76、45.52 mg·L-13个磷水平处理之间均无显著差异.正常营养液的供磷水平(22.76 mg·L-1),S.alfredii对Zn/Cd和N.caerulescen 1号对Zn/Cd/Ni的吸收累积达到最大值,而高浓度的磷素供应(45.52 mg·L-1)显著抑制了这两种植物对相应元素的吸收;A.murale对Ni/Cd/Pb的吸收累积均在高浓度的磷素供应(45.52 mg·L-1)获得最大;增加磷的供应对N.caerulescen 1号吸收累积Zn/Ni/Cd/Pb产生了不同的效应.这些超富集植物提取重金属的最佳供P水平因植物种类而不同.     

铅与丁草胺的交互作用对油麦菜生长和抗氧化酶活性的影响

盆栽土培试验研究了重金属铅与除草剂丁草胺的复合污染对油麦菜生长及生理生化的毒性效应.结果表明土壤铅浓度小于500mg.kg-1对油麦菜发芽率的影响不明显,铅浓度为150mg.kg-1对油麦菜株高有促进作用,但对叶片过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性有明显抑制作用.土壤铅浓度为500mg.kg-1时,油麦菜根...     

辣椒果实高中低镉积型对镉的富集、转运特性及在亚细胞分布特点比较

基于前期试验对91 个辣椒品种资源筛选并开展了 26 个辣椒品种全生育期土培试验基础上,挑选出1 个辣椒果实高积Cd品种(X15)、1个果实中积Cd品种(X39)和2个果实低积Cd品种(X45和X55),采用盆栽试验结合室内分析研究了在0、5 和10 mg·kg-1 Cd胁迫下辣椒果实不同积Cd 型对Cd 的富集、转运...     

芹菜根细胞壁对镉的吸附固定机制及其FTIR表征研究

对芹菜根细胞壁Cd的吸附固定机制开展了相关研究.芹菜根细胞壁Cd吸附的动力学实验研究表明,根细胞壁经酯化改性处理后其对Cd的累积吸附量相对降低了42.6%,经氨基甲基化改性处理后其对Cd的累积吸附量相对降低了21.0%,经果胶酶改性处理后其对Cd的累积吸附量相对降低了40.5%.同时,利用傅立叶红外光谱技术表征了芹菜根细胞壁上Cd吸附位点的官能团信息.研究结果表明,Cd主要与细胞壁纤维素、半纤维素和木质素中的羧基官能团发生结合作用,同时,根细胞壁上的蛋白质和果胶质也参与了Cd的结合.