镉胁迫下植物的应答和调控

镉对植物引起的氧化胁迫是Cd毒害的重要原因之一.本文综述了Cd诱导植物氧化胁迫效应的机理以及植物对Cd氧化胁迫的相应防御反应,如抗氧化物质、抗氧化保护酶系统等,并介绍了缓解Cd诱导的氧化胁迫的机理和途径.     

镉铅复合胁迫下根表铁锰氧化胶膜厚度对美洲商陆富集镉的影响

为了探讨根表铁锰氧化胶膜厚度及共存离子铅(Pb)对美洲商陆富集镉(Cd)影响,采用水培的方法,诱导培育了胶膜厚度具有极显著差异的美洲商陆(低膜美洲商陆、中膜美洲商陆和高膜美洲商陆),分别进行低Cd低Pb、低Cd高Pb、高Cd低Pb、高Cd高Pb等4种不同金属组合的胁迫处理,观察美洲商陆生长状况、测定植株对Cd的富集量、抗胁迫生理活性物质的表达量.结果表明:中膜和高膜美洲商陆侧根发达,新生根较多,高Cd胁迫对根系发育有较强的抑制作用.高Cd条件下,植株对Cd的富集量为高膜美洲商陆中膜美洲商陆低膜美洲商陆,高膜美洲商陆Cd总富集量可达89765.69 mg·kg-1(以干重计).低Cd条件下,植株对Cd的富集量为低膜美洲商陆高膜美洲商陆中膜美洲商陆.高Pb处理,可提高低膜和高膜美洲商陆Cd富集量,但显著降低中膜美洲商陆Cd富集量.根系分泌的可溶性还原糖含量、叶及根部合成的可溶性蛋白含量与根表铁锰氧化胶膜的厚度成正相关.中膜和高膜美洲商陆叶片及根部可溶性蛋白含量还受到不同金属组合胁迫的影响.镉铅复合胁迫使美洲商陆叶片及根部可溶性蛋白含量极显著高于对照组.     

菲-Cd单一与联合作用对毛蚶的氧化胁迫及损伤

采用静态染毒实验研究了菲和Cd2+单一作用与联合作用下胁迫9 d和清洁海水恢复过程中毛蚶体内超氧化歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活力和丙二醛(MDA)含量的变化。结果表明,在本实验的染毒条件下,毛蚶体内SOD和CAT活力呈现被诱导的趋势,MDA含量水平低于对照组。高浓度(菲50g/L,Cd 500g/L)比低浓度(菲10g/L,Cd 100g/L)的作用明显。菲对毛蚶的氧化胁迫作用大于Cd2+的作用,菲和Cd2+联合作用对毛蚶的氧化胁迫大于菲和Cd2+的单独作用。这两种污染物对毛蚶的氧化胁迫在消除污染后可以逐渐恢复,其中,Cd2+低浓度组(100g/L)在进行清水恢复后,SOD和CAT活力与对照组无显著性差异,说明毛蚶具有较好的抗氧化胁迫性和自我恢复能力。     

Cd~(2+)胁迫对籼稻和粳稻不同生育期生长发育的影响

来自于采矿废物的重金属镉,由于其在土壤中的高移动性和食物链上的生物可获得性已经污染了越来越多的稻田,导致人类受到潜在的毒害而受到人们高度关注。研究采用盆栽试验,以籼稻和粳稻2个水稻类型为材料,比较研究了6种不同浓度Cd2+对籼、粳稻植株生长发育和叶片生理活性的胁迫效应。结果表明:低Cd2+浓度(10 mg/kg)对籼稻CG132R生长发育具有一定的促进作用。随着土壤Cd2+浓度的增加,CG132R(籼稻)和粳925(粳稻)生长发育均受到抑制。生育前期是CG132R生长发育对Cd2+胁迫最敏感的时期;生育后期,CG132R对Cd2+胁迫表现出一定适应性。CG132R和粳925对Cd2+胁迫耐性存在显著差异。在不同浓度Cd2+胁迫下,CG132R都表现出比粳925更好的适应性。水稻叶片生理活性受Cd2+胁迫主要表现为水稻叶片叶绿素含量下降、丙二醛(MDA)含量升高、细胞膜透性增加。综合比较,籼稻CG132R比粳稻粳925有更强的抗镉胁迫能力,镉污染土壤种植粳稻将更好表现镉污染状况。     

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...     

螯合型表面活性剂强化黑麦草修复Cd污染水体

采用水培试验,研究了新型螯合型表面活性剂N-十二酰基乙二胺三乙酸钠（LED3A）强化黑麦草修复Cd污染水体的效果,探讨了Cd或/和LED3A存在下黑麦草的生理响应以及LED3A对黑麦草除Cd性能的影响.结果表明：Cd显著抑制黑麦草生物量和光合色素含量,添加LED3A后抑制作用略有增强,CL100处理叶绿素和类胡萝卜素含量较CL0分别降低了15.50%和8.18%. LED3A对黑麦草的生长无显著影响,对黑麦草细胞的相对电导率（REC）有一定的提高,可使细胞膜渗透性增加以利于黑麦草对Cd的吸收.Cd胁迫下适量添加LED3A,能提高黑麦草植株超氧化歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性,起到清除活性氧（ROS）、缓解Cd毒害和抑制丙二醛（MDA）积累的作用.最佳LED3A添加量下（50mg/L）,黑麦草植株的总Cd累积量和转移系数较Cd单独处理时分别提高了74.39%和67.96%,Cd的去除率达到55.98%.研究表明添加LED3A可有效提高植物对Cd的修复效率.     

盐胁迫下八宝景天不同生态型对土壤中Cd积累特征

采用Cd含量为2.22 mg·kg^-1的潮褐土开展盆栽试验,通过外源添加NaCl研究不同生态型八宝景天对Cd和盐分复合胁迫的生长响应以及Cd吸收积累的差异.结果表明,在Cd单一或与盐分复合胁迫下,八宝景天各生态型间地上部生物量和Cd含量均表现出显著差异,盐分胁迫进一步加剧了八宝景天的生长抑制,高盐胁迫下八宝景天各生态型地上部Cd含量总体呈下降趋势,这与盐分引起土壤pH显著升高导致Cd生物有效性降低有关.此外,不同生态型对盐分胁迫表现出的生长和Cd吸收响应有显著差异,LN生态型地上部生物量在各处理下均显著高于其他生态型,且在1% NaCl处理下生物量仍没有显著下降,耐性指数可达0.91.同时,其地上部Cd含量在不同处理下均显著高于其他生态型,其原因为LN生态型在Cd富集和解毒的生理机制方面更具优势,而这些同样是其耐盐性的重要生理机制.综上可知,尽管盐分胁迫减少了八宝景天地上部Cd富集量,但其不同生态型间差异显著,LN生态型在2% NaCl处理下地上部Cd富集量仍可达84.4 μg·plant^-1,且较其他生态型显著提高48.4%~89.3%,因此,LN生态型八宝景天具有应用于修复盐渍化土壤Cd污染的潜力.     

Cd胁迫对受驯杜氏盐藻生长影响的研究

研究了经低浓度Zn和Cd驯化的杜氏盐藻(Dunaliella tertiolecta)在不同浓度Cd胁迫条件下的生长状况,并通过微分脉冲极谱法测定了微藻细胞的Cd吸收量.结果表明经Zn驯化的杜氏盐藻生长力和耐受力要强于Cd驯化藻,二者的半抑制浓度(IC50)分别为29和 26 μmol/L;最大比生长率都出现在低浓度Cd胁迫组,分别为0.36和0.24.暴露实验结束后,各个浓度组收获藻细胞干重在13.46～51.90和9.90～54.33 mg/L,藻细胞的Cd吸收量则分别在20.17～144.58和93.67～180.64 μg /109 cells.Cd驯化杜氏藻相对更易吸收富集重金属,且金属Cd一旦进入细胞体就很难代谢去除.两种金属驯化藻体内的Cd吸收量与收获的生物量干重具有一定的线性关系.     

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.     

氧化石墨烯负载铁锰复合材料对镉砷污染土壤的钝化修复

为修复受到镉砷复合污染的农田土壤,将铁锰氧化物负载于氧化石墨烯表面,制备得到了新型氧化石墨烯负载铁锰复合材料.在此基础上开展了为期60 d土壤培养试验,通过对pH、DOC含量、土壤有效态Cd和As含量动态变化,以及土壤Cd和As形态的测定,探究了氧化石墨烯（GO）和氧化石墨烯负载铁锰复合材料（GO-FM）在不同添加比例下（0.1%、0.2%和0.3%）,对上虞和佛山两种理化性质和污染程度不同的土壤中Cd和As的钝化效果,并阐明其相应修复机制.结果表明,与空白对照相比,GO-FM提高了酸性上虞土的pH,但使佛山土pH降低.培养结束后,GO和GO-FM处理均增加了土壤DOC含量.GO-FM使佛山土可溶态Cd含量降低了5.08%~19.19%,有效态Cd含量降低了36.57%~42.8%,其主要钝化机制是静电吸附、络合和羟基化金属离子的形成.而酸性上虞土受静电斥力的影响使得GO-FM对Cd的钝化效果低于佛山土,但随着材料添加量的增加,GO-FM使氧化石墨烯增加土壤Cd有效性的趋势得到了抑制,添加0.2%和0.3%的GO-FM使上虞土有效态Cd含量降低了6.45%~13.56%.同时,复合材料通过锰氧化物对As的氧化作用以及As与铁氧化物表面羟基形成内表面螯合物的钝化机制,促使上虞土和佛山土的有效态As含量分别降低了4.34%~9.15%和0.87%~5.71%.总之,在佛山土中GO-FM对Cd的钝化效果优于上虞土,在上虞土中GO-FM对As的钝化效果优于佛山土.研究结果可为不同类型土壤镉砷复合污染防治提供理论依据和参考.     

美人蕉对水体中重金属Cd的富集能力研究

通过溶液培养,研究了美人蕉在不同营养条件下,不同Cd浓度的吸收情况。研究结果表明：美人蕉在营养元素N的作用下对于Cd的吸收是一个交互作用的生理效应;美人蕉在营养元素C的作用下对于Cd的吸收没有很大影响,只有C浓度增大到一定程度才有促进作用;美人蕉根对Cd的吸收量远远高于叶对Cd的吸收量且随Cd浓度的增加而降低。     

城市污泥对Cd在黄土中的形态分布及再分配的影响

以黄土和小麦为供试对象,通过盆栽试验研究了不同胁迫水平Cd在施用污泥黄土中的形态分布特征及其再分配.结果表明,原状土壤中Cd以碳酸盐结合态及残渣态为主要赋存形态.随着外源Cd添加量的增加,土壤中可交换态和碳酸盐结合态Cd分配系数持续增加,而有机态与残渣态分配系数则持续减小,土壤Cd的主要赋存形态转变为可交换态和碳酸盐结合态,Cd的活性不断增强,加大了对作物的潜在危害.土壤中碳酸盐结合态Cd含量随Cd胁迫水平的增加而增加的幅度最大,施用污泥黄土中铁锰氧化态Cd含量随Cd胁迫水平的增加而增加的幅度高于可交换态Cd;黄土与施用污泥黄土中Cd的总再分配系数均随Cd胁迫水平的增加呈递增趋势,而结合强度系数均随Cd胁迫水平的增加呈递减趋势.污泥的施用可增加土壤中残渣态Cd的含量,有助于提高Cd各形态间再分配的稳定性,相对降低了土壤Cd的活性.     

镉、铁及其复合污染对烟草生理的影响

Cd作为一种主要的环境污染物,它对生物的毒性已有较多的报道.Fe作为一种植物生长所需的微量矿质营养元素,其毒性研究尚少见。目前研究发现用Fe~(2+)含量超过1.5ppm的池水喷灌烟草,会产生毒害.水稻的“青铜色病”,“Alkagave病”、“Aki-ock病”、甘蔗的“斑叶病”都和Fe毒害有关.     

硒镉联合作用对大、小鼠精子畸形率的影响

通过对小鼠腹腔注射硒、镉化合物和大鼠经口摄入低硒加镉粮,来观察高剂量镉,高、低剂量硒单独和联合作用的遗传学效应。结果表明,不仅氯化镉和亚硒酸钠能引起精子畸形率的明显升高,长期摄入低硒粮也能引起精子畸形率的明显升高。当高硒高镉联合作用时,亚硒酸钠可明显对抗氯化镉的遗传毒性,而低硒高镉联合作用时,则加重了氯化镉和亚硒酸钠的遗传毒性。     

Effect of water-driven changes in rice rhizosphere on Cd lability in three soils with different pH

Pot experiments were conducted to evaluate the effect of water management, namely continuous flooding (CF), intermittent flooding (IF) and non-flooding (NF), on Cd phytoavailaility in three paddy soils that differed in pH and in Cd concentrations. Diffusive gradients in thin films (DGT) technique was employed to monitor soil labile Cd and Fe concentrations simultaneously at three growth stages (tillering, heading and mature stage) of rice. The Cd phytoavailability were generally in the order of NF?>?IF?>?CF, and higher rice Cd (over permitted level, 0.2?mg/kg) were only found in neutral and acidic soils under NF conditions. DGT measured soil labile Cd rather than total Cd was the most reliable predictor for Cd accumulation in rice. CF enhanced the formation of root plaques, which related to oxidation of large quantities of available Fe on root surfaces due to the O₂ secretion of rice root. The Cd concentration in root plaques shared the same trend with DGT-Cd. Generally, root plaques would inhibit Cd uptake by rice under CF conditions, while under IF and NF conditions, root plaques act as a temporarily store of Cd, and soil labile Cd is the key factor that controls the transfer of Cd from soil to rice. The results of principle component analysis revealed that water management had the greatest effect on soil Cd lability and rice Cd in acidic soil. Thus, it is important to consider the availability of Cd and soil pH when assessing current agricultural practices of contaminated soil in China.     

土法炼锌区土壤-白菜系统中重金属的化学调控研究

采用苗圃盆栽试验,用腐殖质、EDTA、不同量的石灰等对赫章土法炼锌区的污染土壤进行处理。测定了基质的化学特性、重金属的DTPA提取态含量,并观察了白菜生长特性及其对重金属累积特性。结果表明,施用石灰处理,土壤速效磷由0.5mg/kg增加到10 mg/kg,土壤中Pb、Zn和Cd的DTPA提取态分别降低了83.9%、23.1%和79.4%;白菜中Pb、Zn和Cd的含量分别减少97.2%、94.7%和89.4%;白菜生物量增加了5.97倍。土法炼锌区影响白菜生长主要土壤因子是pH值和速效磷,白菜中的Cd、Pb与土壤DTPA提取态的Cd、Pb呈显著正相关。在土法炼锌区重金属污染土壤中施加石灰是一种实用而有效的改良措施。     

热解温度对生物炭强化镉污染土壤治理的影响

为了探究污泥生物炭对Cd污染土壤的钝化修复效果,采用人工模拟Cd污染土壤进行盆栽实验,并探究了生物炭对Cd污染土壤pH、有机碳、Cd含量及价态、玉米株高、富集系数及生物转化系数的影响。结果表明:热解温度为800℃时制备的生物炭的修复效果优于300℃时制备的生物炭,且生物炭的最佳剂量为9.0 g/kg。施用800℃下制备的生物炭时,土壤中Cd含量也增加至7.9 mg/kg,较热解温度300℃增加约1.0 mg/kg。污泥生物炭显著降低了土壤中酸可提取态及还原态Cd的含量,升高了氧化态及残渣态Cd含量。当热解温度为800℃时,酸可提取态和还原态Cd含量分别降低至0.68,0.45 mg/kg,氧化态及残渣态Cd含量分别升高至0.76,1.72 mg/kg,从而降低了土壤中可生物利用Cd的含量。此外,生物炭能够降低Cd的生物富集系数及转化系数。     

有机酸、 EDTA对不同水稻品种Cd吸收及土壤Cd形态的影响

采用盆栽试验研究了重金属Cd (0、 1和5 mg·kg^-1)污染下,外源有机酸、 EDTA对不同水稻品种产量、 品质、 Cd吸收以及土壤Cd形态和含量的影响.结果表明,加入有机酸、 EDTA提高了高Cd积累型水稻秀水63和常规品种Ⅱ优527产量,作用大小为有机酸、 有机酸+1/2EDTA>EDTA.加入有机酸、 EDTA降低了2个水稻品种的土壤交换态、 碳酸盐结合态和铁锰结合态Cd含量,但增加了土壤有机结合态和残渣态含量.加入有机酸、 EDTA使2个品种水稻秸秆、 根系、 籽粒Cd含量明显降低,其中,籽粒Cd含量分别下降了9.0%～49.3%和16.5%～30.6%(1 mg·kg^-1 Cd污染)、 12.7%～28.5%和4.3%～19.1%(5 mg·kg^-1 Cd污染),效果为EDTA>有机酸+1/2EDTA>有机酸.秸秆、 根、 籽粒Cd含量和积累量及土壤全Cd含量则以秀水63>Ⅱ优527,品种间差异达到显著水平（p<0.05）.有机酸+1/2EDTA既可降低Cd污染土壤上水稻籽粒中Cd含量,同时也提高了水稻的产量和品质.     

铁基硅盐对土壤环境镉砷赋存形态及转化影响

为探明铁基硅盐对土壤镉砷赋存形态影响及各形态间转化规律,采用室内长期淹水培养吸附实验,研究不同比例铁硅材料对土壤离子态镉砷活性影响;筛选适宜铁基硅盐(FS)配比同时添加腐殖酸(FSC)和金属氧化物(FSCa),明确复配处理土壤中镉砷分级形态转化程度.结果显示,铁:硅比值增加10%,土壤pH值平均降低0.35;F₂-S₈处理土壤离子态镉降幅71%;F₁₀-S₀处理土壤离子态砷降低59.9%,离子态镉砷含量与硅酸盐-铁盐施用量互呈反比;处理F₄-S₆和F₆-S₄之间镉、砷钝化率产生交点,约为25%~30%.土壤中镉主要以可溶态为主,占比58%;砷主要以铁铝氧化态和钙结合态为主,占比40%和23%.铁硅比例为5:5或5.5:4.5左右复配能有效将铝结合态砷和铁铝氧化态砷转变为钙结合态砷和残渣态砷,可溶态镉转化为碳酸盐结合态镉以及铁锰氧化态镉,同步降低土壤中镉砷的活性.