镉胁迫对蛋白核小球藻生物膜生理特性的影响

文章以附着在聚氯乙烯载体上的蛋白核小球藻生物膜为研究对象,研究了镉胁迫下蛋白核小球藻生物膜的生理活性、抗氧化性和生物累积性等生理特性。结果表明:蛋白核小球藻生物膜在低浓度镉的胁迫下能保持相对稳定的增长,20.0 mg/L镉浓度对蛋白核小球藻生物膜的生长则表现出抑制作用,生物量仅为对照组的79.19%,胞外多聚糖的产量可达(99.28±1.19) mg/L;15.0 mg/L镉浓度胁迫下蛋白核小球藻生物膜超氧化物歧化酶活性最大值达到(290.50±4.55) U/g;过氧化氢酶活性随着镉浓度和处理时间的不断增加而增加,在20.0 mg/L镉浓度最高值达到(528.75±20.17) U/g;蛋白核小球藻生物膜对镉的生物累积量可达4.72 g/kg;傅里叶变换红外光谱表征分析得出蛋白核小球藻生物膜的生物累积效果可能与藻细胞表面存在的-NH_2、C-H等官能团有关;伪二阶动力学更适合描述蛋白核小球藻膜对镉的吸附过程。     

严格管控类耕地非食用植物镉修复效果评价

综述了国内外在烟草,树木(杨树、柳树、桑树),纤维植物(苎麻、棉花)和蓖麻等非食用植物修复土壤镉方面的研究与应用进展,综合分析其修复能力与经济效益,得出蓖麻和苎麻的修复效果最佳.针对严格管控类耕地土壤镉修复,提出了开展非食用植物修复大田试验示范、研发环境友好型辅助措施、优化种植结构调整生态补偿机制,以及及时开展耕地土壤环境质量类别动态调整等建议.     

Cd(Ⅱ)与As(Ⅴ)在土壤铁氧化物和细菌表面上的共吸附研究

中国南方土壤常常受到镉砷复合污染,镉砷的化学特性截然不同,因此在土壤不同组分表面的化学行为存在显著区别。在南方偏酸性土壤中铁氧化物占固相比例很大,基于此,选取两种典型土壤组分,即铁氧化物(针铁矿)和微生物(蜡状芽孢杆菌Bacillus cereus),通过批吸附实验结合X-射线光电子能谱探究Cd(Ⅱ)与As(Ⅴ)的共吸附特点和潜在机制,得到如下结果:在单一体系中,针铁矿对As(V)的亲和力较强,Langmuir模型拟合得到最大吸附量为1259.82 mmol·kg^-1,而蜡状芽孢杆菌对Cd(Ⅱ)的亲和力较强,最大吸附量可达1291.64 mmol·kg^-1。XPS结果表明,针铁矿表面铁羟基和细菌表面羧基和酰胺/胺基在Cd(Ⅱ)、As(Ⅴ)吸附过程中发挥主导作用;在Cd(Ⅱ)-As(Ⅴ)复合体系中,可能形成吸附剂-Cd-As或吸附剂-As-Cd三元络合物。该研究证实,镉砷在典型土壤铁氧矿物体系中的吸附存在普遍的促进效应,在微生物体系中存在不同程度的抑制,Cd(Ⅱ)与As(Ⅴ)的共吸附规律在土壤矿物和微生物上存在区别,这也意味着在土壤根际土壤与非根际土壤中有较大差异。因此在预测土壤Cd(Ⅱ)、As(Ⅴ)共存规律时也要考虑土壤组成,特别是有机物的含量等因素。该研究结果可为预测镉、砷在土壤组分上的迁移转化行为提供参考,为调控镉砷形态,对预测镉、砷在土壤中的生物地球化学循环有一定的参考价值。     

三元复合调理剂对土壤镉砷赋存形态和糙米镉砷累积的调控效应

为研究三元复合调理剂（石灰石+硅藻土+硫酸铁,LDF）对稻田土壤Cd和As赋存形态及水稻糙米Cd和As累积的影响,开展水稻盆栽试验.LDF按质量比设置7个施用水平（0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0和16.0 g·kg^-1）,种植2种水稻（黄华占和T优272）.结果表明：①施用LDF分别提高黄华占和T优272根际土壤pH 0.01~0.42和0.11~0.54单位,降低土壤交换态Cd含量11.1%~61.1%和26.5%~52.9%,同时降低土壤交换态As含量8.2%~60.0%和5.6%~49.9%;②施用LDF能促进Cd、As向难溶态的转变,尽管2种水稻根际变化趋势不一致,但都可降低土壤Cd的酸可提取态占比,而增大铁锰结合态、有机结合态和残渣态占比,同时可降低As的交换态占比,而增大钙结合态占比;③LDF的施用能降低根表铁膜中Cd、As和Fe含量而增大Mn含量,Mn的最大增幅可达124.2%;④LDF施用下2种水稻糙米中Cd含量最大降低64.6%和65.9%,总As含量最大降低37.0%和42.5%,对无机As含量影响不显著.LDF施用量在2~16 g·kg^-1水平时,T优272糙米中Cd和无机As含量同时低于0.2 mg·kg^-1,而黄华占仅在16 g·kg^-1水平时,糙米中Cd和无机As含量同时低于0.2 mg·kg^-1.在实际农业生产过程中,可根据土壤Cd和As污染程度和水稻品种确定LDF施用量.     

Cd胁迫下不同外源植物激素对水稻幼苗抗氧化系统及Cd吸收积累的影响

为了探讨外源添加植物激素对Cd胁迫下水稻幼苗的抗氧化系统及Cd吸收积累情况的影响,减少Cd在植物体内的运输和积累,从而来缓解Cd对水稻的胁迫.以中嘉早17水稻幼苗为研究对象,进行水培试验,设置0、5和25 μmol·L^-1这3个Cd浓度处理,3种外源植物激素处理：不添加植物激素、100 μmol·L^-1褪黑素（MT）、0.2 μmol·L^-12,4-表油菜素内酯（EBL）和0.2 μmol·L^-1茉莉酸（JA）,共12个处理,每个处理重复3次.测定水稻幼苗体内Cd的含量,同时也对水稻幼苗地上部及根部丙二醛（MDA）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和还原型谷胱甘肽（GSH）含量进行分析.结果表明,在5 μmol·L^-1和25 μmol·L^-1 Cd胁迫下,外源添加MT、EBL和JA使地上部MDA含量显著降低了11%~24%,但是根系与地上部情况恰好相反,添加3种外源物质均导致根系中MDA含量增加,其中MT和EBL现象明显,在5 μmol·L^-1 Cd胁迫下,与CK相比,分别提高了45.5%和20.0%;在25 μmol·L^-1 Cd胁迫下,分别提高了46.2%和19.8%.外源添加植物激素可显著增加水稻幼苗地上部和地下部POD、CAT的活性,降低GSH以及Cd的含量,在5 μmol·L^-1 Cd胁迫下,添加MT、EBL和JA导致水稻地上部Cd含量分别降低39.4%、40.1%和51.6%,根部分别降低38.9%、40.2%和7.0%;25 μmol·L^-1 Cd胁迫下,地上部Cd含量分别降低18.9%、14.5%和35.6%,根部分别降低85.3%、81.1%和56.5%.由此可见,通过外源添加低浓度植物激素MT、EBL和JA,可缓解Cd对水稻的胁迫,降低Cd对水稻的毒害作用.     

叶施L-半胱氨酸对水稻镉和矿质元素含量的影响

为评估将L-半胱氨酸（L-Cys）作为水稻降Cd叶面调理剂的可行性,通过湖南的田间试验,采用小区试验法研究了L-Cys对水稻籽粒中Cd和矿质元素含量的影响,并通过检测水稻各营养器官的Cd分布和Cd赋存形态的变化,探究了L-Cys调控水稻籽粒Cd积累的作用机制.结果表明,在开花期叶面喷施一次L-Cys即可使水稻籽粒Cd含量显著降低,同时提高其Mg和K的含量,对Ca、Mn和Zn的含量无显著影响.L-Cys的降Cd效果随喷施浓度增加而增强,当浓度为10 mmol·L^-1时,籽粒中Cd含量降至我国食品安全标准0.2 mg·kg^-1以内,降幅达59.2%,同时显著降低了水稻营养器官穗轴、第一节、穗颈、旗叶、第二节间、第二节、第二叶、基部茎叶和根中的Cd含量,降幅分别为58.3%、56.0%、62.7%、67.0%、59.3%、61.5%、60.2%、54.9%和50.3%.水稻不同部位间的Cd转移因子显示,第一节是水稻营养体拦截有害元素Cd的关键器官.叶面喷施L-Cys提高了Cd从旗叶到第一节和第二节间到第一节的转移因子,增幅最高达105.4%和45.8%,并抑制了Cd从第一节继续向上到穗颈的转运,降幅最高达27.5%.在水稻第一节中,L-Cys处理同时降低了无机态、水溶态和残渣态Cd的含量,并提高了其中残渣态Cd的比例至94.4%.由此可见,叶面喷施L-Cys能够降低水稻各营养器官Cd积累量,并促进水稻中Cd向第一节的转运及其对Cd的固定作用,进而提高关键器官第一节对Cd的拦截能力,最终显著抑制Cd向籽粒中的转运积累,同时,叶面喷施L-Cys不降低水稻籽粒中矿质营养元素的含量,具有较好的应用前景.     

不同土壤调理剂对土壤镉和邻-苯二甲酸酯迁移转化影响

有机无机复合污染是目前普遍的土壤污染方式,镉是土壤污染中最主要的无机元素,因地膜的广泛使用,使得邻-苯二甲酸酯成为土壤中主要的有机污染物.故采用盆栽试验,以西南地区紫色土为供试土壤,小白菜为指示生物,分别添加不同含量梯度的镉（Cd）和邻-苯二甲酸（2-乙基己基）酯（DEHP）组成单一污染和复合外源污染模拟试验,研究钾长石粉、牡蛎壳粉、生物炭粉、氧化钙、碳酸钾和磷酸钙这6种常见土壤调理剂对污染土壤中镉形态及DEHP含量、小白菜中镉及DEHP吸收的影响.随后研究了生物炭添加量对污染土壤中镉和邻-苯二甲酸酯迁移转化的影响,选择对照土壤、Cd污染土壤和DEHP污染土壤复合污染为研究对象,通过盆栽试验研究了0%、0.5%、1%、3%和5%（质量分数）生物炭对污染土壤Cd形态和DEHP含量的影响.结果表明Cd-DEHP复合污染紫色土修复的最优土壤调理剂是生物炭.经过综合考虑,生物炭添加量为3%时,复合污染紫色土土壤的修复效果较好,且生长于土壤中的指示生物不受抑制.