转Osepsps抗草甘膦水稻不同生境适合度及对稻田杂草的影响北大核心CSCD

携带适合度优势基因的转基因作物如果长期存活于栽培系统之外,抗性基因可能转移到野生近缘种并带来生态问题.以转Osepsps基因水稻EP为材料,以非转基因受体"明恢86"为对照,通过田间定位试验,研究半野生生境下转Osepsps基因水稻的营养生长、繁殖能力以及稻田杂草的种类、频度和密度等指标变化,分析转Osepsps基因在半野生生境中的生态适合度以及对稻田杂草群落的影响.连续2年试验的结果显示:在常规栽培和半野生生境下,转基因稻与非转基因稻的株高、分蘖数、单株穗数、单株总粒数、单株实粒重和千粒重等指标没有显著差异;但结实率显著受环境影响,半野生生境下转基因水稻2年结实率为50.33%和17.72%,相比对照的68.82%和30.27%均显著下降(P<0.05);2012年转基因稻单株实粒数为335粒,显著少于非转基因对照的548粒(P<0.05).转基因稻与非转基因稻稻田的杂草种类均为9科9属9种;栽培稻田杂草密度和频度显著低于半野生稻田;相同生境下转基因稻与非转基因稻稻田杂草频度、密度总体上没有差异.本研究表明,与非转基因对照相比,转epsps基因稻生态适合度没有显著提高,在半野生生境下有所下降,其生态风险不高于栽培稻.     

硫素对水稻根系铁锰胶膜形成及吸收镉的影响

添加外源镉污染水稻土进行池栽试验,施入不同形态及数量的硫肥(单质硫、石膏),研究硫素对水稻根系铁锰胶膜的形成及对水稻吸收镉的影响.结果表明,整个水稻生育期内,土壤溶液Eh范围在-200~100 m V之间;p H在6.9~7.9之间;pe+p H在4~10之间.水稻根表胶膜以Fe膜为主,其质量分数达到5 000~13 000 mg·kg-1,Mn膜的质量分数相对较小,为170~580 mg·kg-1.在孕穗期高硫量处理与低硫量处理的铁胶膜质量分数分别为9 400 mg·kg-1和8 600 mg·kg-1,高硫量处理比低硫量处理可生成更多的铁胶膜;而根表锰胶膜的数量差异主要表现在分蘖期,单质硫和石膏硫处理的锰胶膜质量分数分别为600 mg·kg-1和400 mg·kg-1,达到显著差异水平,单质硫比石膏硫更易促进水稻根表锰胶膜的形成.胶膜对于Fe2+过量吸收有一定阻控作用,对Mn2+作用不显著.水稻根表胶膜吸附Cd的质量分数在分蘖期为78.8~131.1 mg·kg-1,孕穗期16.6~21.1mg·kg-1,成熟期3.0~9.2 mg·kg-1.在分蘖期与孕穗期,高硫量处理比低硫量处理的吸附量高,在成熟期反之.采用ACA方法浸提铁锰胶膜内的Cd测定值并不能真实地表明胶膜实际固定Cd的质量分数.水稻体内各部位Cd的质量分数表现为根茎叶籽粒.一定量的施硫能有效减少水稻各器官中Cd的质量分数.对于根和茎叶,单质硫在成熟期以前效果好于石膏硫;对于籽粒,石膏硫效果更佳.一定量的硫肥,能有效阻碍Cd从水稻根部向茎叶与籽粒的转移.对于茎叶,在孕穗期单质硫和石膏硫的Cd转移系数分别为0.13和0.25,差异显著,单质硫能更好地阻碍Cd的转移;对于籽粒,石膏硫的阻碍效果更好.     

枯草芽孢杆菌对土臭素和2-甲基异冰片的降解动力学特性

土臭素(geosmin,GSM)和2-甲基异冰片(2-methylisoborneol,2-MIB)是2种普遍存在于养殖水体中的土腥异味化合物,微生物降解是去除这两种物质的有效途径.本文研究了枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)降解GSM和2-MIB的动力学特性.结果表明,枯草芽孢杆菌对GSM(1 000~2 000 ng·L-1)和2-MIB(1 000~2 000 ng·L-1)具有较好的降解性能,降解率均达90%以上;枯草芽孢杆菌对这些异味化合物的降解符合伪一级反应动力学,其生物降解速率常数(K)范围为0.14~0.41,降解速率不随GSM和MIB初始浓度的变化而变化;枯草芽孢杆菌对GSM降解的最大比生长速率umax为0.311,Monod常数KS为1.73,而在降解MIB过程中枯草芽孢杆菌的生长不符合Monod方程(R2=0.781).     

湖南攸县典型煤矿和工厂区水稻田土壤镉污染特征及污染途径分析

为了解湖南攸县水稻田土壤镉污染特征及污染途径,选择煤矿区、煤矿工厂区和工厂区三类典型样地进行农田土壤、灌溉水渠底泥及典型含Cd工业产品和副产品如煤、煤矸石和水泥等介质中Cd含量的分析研究.结果表明:1三类样地农田和表层自然土壤以及灌溉渠底泥中的平均Cd含量都超过了土壤环境质量标准0.3 mg·kg-1,煤矿区和煤矿工厂区的煤矸石Cd含量以及工厂区的水泥Cd含量都与相应自然土壤中含量相似,工厂区Cd的大气沉降通量较高;2三类样地土壤Cd剖面垂直分布差异明显,煤矿区和煤矿工厂区0~40 cm剖面的农田土壤Cd较自然土壤高,煤矿区农田和自然土壤中的Cd垂直向下迁移的潜力较高;3煤矿工厂区和工厂区点源下风向农田表土Cd含量明显比上风向低;4攸县煤矿区和煤矿工厂区农田土壤Cd的灌溉水输入途径较为重要,而煤矿工厂区和工厂区农田土壤Cd的大气输入途径也较为明显.     

水稻对气态单质汞的吸收与挥发

湿地是汞的重要富集场所,其还原性底质会促进气态单质汞的产生.湿地植物已进化出一系列适应淹水环境的生态特征,其中发达的通气组织可以从大气向根部输送氧气满足根系的呼吸作用.以水稻这一典型的湿地植物为例,研究其根系及通气组织是否也能成为根际气态汞向大气运输的通道,并探究其过程和影响因素.通过设计密闭分室培养装置将水稻根部与地上部分隔开,对水稻根部进行汞蒸气暴露,并通过气体吸收剂吸收由叶片挥发出的气态汞.结果表明,水稻可以从根系吸收气态单质汞并向地上组织迁移,其中根系的汞含量与水稻根孔隙度呈显著负相关,并呈二次拟合(R=0.8309,P0.01);而水稻地上部汞迁移量与水稻根表面积和根体积均呈线性正相关(R=0.896,P0.01;R=0.871,P0.01).由根系吸收的汞最终可通过水稻叶片挥发进入大气,叶片汞的挥发量随着叶片面积的增加呈线性增加(R=0.897,P0.01),单位叶面积汞挥发量与水稻蒸腾作用强度呈线性显著正相关(R=0.73,P0.01).证明了水稻根系不仅能吸收气态单质汞,并且能将汞从根部转运到地上部,再通过叶片的气孔释放到空气中.为进一步揭示湿地生态系统中汞的迁移及调控机制提供了科学依据.     

基施硅肥对土壤镉生物有效性及水稻镉累积效应的影响

为研究硅肥对土壤Cd生物有效性以及水稻累积重金属Cd的影响,模拟土壤低Cd污染水平(Cd总量为0.72mg·kg~(-1))和土壤高Cd污染水平下(Cd总量为5.08 mg·kg~(-1)),土壤基施0、15、30、60 mg·kg~(-1)的硅肥,进行水稻盆栽种植实验.结果表明,施用15~60 mg·kg~(-1)硅肥能提升水稻各生育期土壤的pH值,降低土壤交换态Cd含量和TCLP提取态Cd含量24.2%~43.7%,12.7%~46.8%,土壤中Si能与Cd形成Si-Cd复合物,降低土壤Cd的生物有效性,且降低效果在土壤低Cd污染水平时优于高Cd污染水平.硅肥提升水稻地上部的生物量尤其是产量.土壤低Cd污染水平下,Si对土壤Cd向水稻地上部的转运有促进和阻碍两种作用,施用量过低(Si 15 mg·kg~(-1))或过高(Si 60 mg·kg~(-1))时均促进土壤Cd向水稻地上部转运,施用量为30 mg·kg~(-1)时则阻碍Cd向上转运.随着Si施用量的增大,糙米Cd含量先上升后下降,范围为0.07~0.15 mg·kg~(-1),均低于0.2 mg·kg~(-1).土壤高Cd污染水平下,Si阻碍Cd向水稻地上部的转运,糙米、谷壳、茎叶的Cd含量分别降低38.7%~48.5%、35.7%~70.7%、30.9%~40.7%,糙米Cd含量范围0.23~0.28 mg·kg~(-1).综合考虑产量和糙米Cd含量,土壤低Cd污染水平下,建议施用30 mg·kg~(-1)的Si;高Cd污染水平下,建议施用Si 15~60 mg·kg~(-1).     

典型土壤不同提取态Cd与水稻吸收累积的关系

用盆栽试验方法研究典型土壤不同提取态Cd(TCLP-Cd和土壤溶液-Cd)及其与水稻吸收累积的关系.选取典型水稻土红黄泥(第四纪红色黏土母质发育)和紫泥田(紫色砂页岩母质发育的紫泥田),添加外源Cd梯度为0、0.5、1、2、5、10mg·kg~(-1),进行水稻盆栽试验,研究水稻不同生育期土壤pH、土壤溶液Cd(SSE-Cd)、TCLP提取态Cd(TCLP-Cd)及水稻各部位Cd积累量变化.结果表明,水稻生育期红黄泥SSE-Cd范围为0~2.50μg·L~(-1),平均0.57μg·L~(-1),而紫泥田浓度范围为0~1.60μg·L~(-1),平均0.48μg·L~(-1);红黄泥TCLP-Cd范围为0~0.25 mg·kg~(-1),平均0.10 mg·kg~(-1),而紫泥田为0~0.2mg·kg~(-1),平均0.07 mg·kg~(-1).随着水稻生育期的延长,土壤溶液Cd及TCLP提取态Cd均不同程度降低,且红黄泥高于紫泥田.TCLP提取态Cd与土壤溶液Cd呈显著正相关.随着外源Cd浓度的增加,水稻植株Cd累积量逐渐增加.土壤溶液Cd与米Cd、TCLP提取Cd与米Cd及水稻植株Cd累积量均呈极显著正相关.两种不同母质土壤环境容量差异很大,紫泥田土壤中Cd安全阈值是红黄泥的2.06倍,且两种土壤水稻Cd吸收累积差异明显,因而不同母质土壤Cd污染治理可能需要不同的措施.TCLP提取Cd与水稻Cd累积量相关性更高,提取量更大,可以准确评价土壤中Cd的生物有效性.     

金属半导体纳米粒子对水培水稻幼苗的毒性及吸收转运规律

金属半导体纳米粒子由于其独特的理化性质被广泛应用于工业生产和科学研究,而遗留在水环境中的金属半导体纳米粒子对植物的危害程度和累积水平还有待研究和完善.本文以水稻为实验对象,通过水培试验研究了氧化铜纳米粒子(CuONPs)、氧化锌纳米粒子(ZnONPs)和硫化锌纳米粒子(ZnSNPs)在不同浓度(10、50和100 mg·L~(-1))下的植物毒性及其在水稻体内的吸收转运行为.纳米粒子悬浮液的粒径分布和Zeta电位分析结果表明,CuONPs在水中的分散性和稳定性高于ZnONPs和ZnSNPs.ZnONPs悬浮液中溶解的金属离子量高于CuONPs和ZnSNPs悬浮液.毒性实验结果表明,较高浓度(50和100 mg·L~(-1))的ZnONPs和CuONPs不同程度地阻碍了水稻幼苗的生长,增加了根系中丙二醛(MDA)的含量,降低了根系活力和叶片中的叶绿素含量.50和100 mg·L~(-1)的ZnONPs导致根系鲜重分别降低至对照组的47.3%和44.3%,100 mg·L~(-1)ZnONPs和CuONPs使根系活力由对照组的710.4μg·g-1·h~(-1)分别降低至150.0和481.9μg·g-1·h~(-1).ZnSNPs在实验设置浓度下体现了促进水稻生长的作用.10 mg·L~(-1)的ZnSNPs使地上部分鲜重增加到对照组的109.8%,100 mg·L~(-1)时使根系活力提高到了对照组的2倍.Zn的选择性吸收和生物转运系数均高于Cu,本研究结果证明了金属半导体纳米粒子的植物毒性和累积水平与纳米粒子在水中的理化性质及植物对不同毒物的反应程度有关.     

不同pH值灌溉水对土壤Cd生物有效性及稻米Cd含量的影响

通过盆栽种植实验研究了pH值为3.5~6.5的灌溉水对稻田土壤pH值、土壤Cd生物有效性以及2种水稻品种各部位Cd含量的影响.结果表明:1不同pH值灌溉水对土壤pH值影响显著.灌溉水pH为3.5~6.5的处理下,湘晚籼土壤pH值下降了0.6~0.3个单位,威优46号土壤pH值下降了0.7~0.4个单位.2随着灌溉水pH值的升高,土壤交换态和TCLP提取态Cd含量(生物有效性)均有降低的趋势,但TCLP提取态Cd含量不显著.3随着灌溉水pH值从3.5上升到6.5,湘晚籼12号水稻植株各部位Cd含量均逐渐下降,而威优46号水稻植株各部位的Cd含量逐渐上升.与pH=3.5处理相比,浇灌pH值为4.5~6.5的灌溉水,湘晚籼12号根系、茎叶、谷壳和糙米中Cd含量分别下降32.3%~48.0%、16.5%~48.0%、40.0%~56.2%和45.6%~73.9%;相反,威优46号根系、茎叶、谷壳和糙米中Cd含量分别上升30.5%~446.3%、5.3%~201.1%、70.3%~316.7%和71.0%~177.2%.显然,升高灌溉水的pH值有利于降低湘晚籼12号(常规稻)糙米中的Cd含量,但不利于降低威优46号(杂交稻)糙米中的Cd含量.     

钙镁磷肥对土壤Cd生物有效性和糙米Cd含量的影响

通过水稻盆栽试验,研究了施用钙镁磷肥对Cd污染稻田中Ca、Mg、Cd生物有效性的影响和种植水稻(湘晚籼12号、威优46号)后水稻各部位Ca、Mg、Cd含量的差异.结果表明,施用钙镁磷肥能显著提升土壤pH值,降低土壤TCLP提取态Cd含量,且降低效果随着水稻生育期的延长逐渐增强.与对照相比,施用0.8 g·kg-1的钙镁磷肥,使湘晚籼12号种植土壤和威优46号种植土壤TCLP提取态Cd含量在熟化期、灌浆期、分蘖期、成熟期分别下降了12.7%、15.6%、21.5%、61.9%和12.7%、72.6%、42.1%、59.7%.施用钙镁磷肥能显著增加水稻种植土壤中TCLP提取态Ca、Mg含量,降低TCLP提取态Cd含量,同时显著增加水稻各生育期各部位Ca、Mg含量并降低其Cd含量,水稻各部位中Ca、Mg含量与Cd含量均呈现负相关关系,表明外源Ca和Mg的加入对水稻累积Cd产生了拮抗作用.施用钙镁磷肥能显著降低水稻糙米中Cd含量并提高水稻产量.与对照相比,施用0.2~0.8 g·kg-1的钙镁磷肥,水稻湘晚籼12号和威优46号糙米中Cd含量分别下降了36.8%~52.6%和53.3%~75.6%.威优46号比湘晚籼12号更易将土壤Cd向水稻籽粒中转运.