镉、铜对植物细胞的毒性及元素吸收特性的影响

关于镉、铜对植物毒性研究多以植物个体或群体为对象,研究它们对植物生长、生理生化活动及遗传特性的影响。少数研究涉及到植物细胞水平,如镉损坏农作物细胞核的结构、延缓有丝分裂的正常进行、诱导染色体异常。 我们以高等植物细胞为试验材料、采用细胞培养法,研究了镉、铜对细胞增长的影响,以及在镉、铜污染条件下,细胞对元素的吸收、累积特性,以便为揭示镉、铜的植物毒性机理及耐性细胞株的选育提供理论依据。     

天津郊区土壤-蔬菜系统中Cd 的积累特征及污染风险

在对天津郊区蔬菜地大规模采样调查的基础上,对土壤和蔬菜系统中Cd 积累特征进行分析,比较了不同种类蔬菜吸收Cd 的能力,利用Monte-Carlo 模型研究了土壤Cd 通过饮食途径对人体健康造成的风险.结果表明,研究区内Cd 积累呈log 正态分布,其含量范围、算术平均值和中值分别为0.04~3.2,0.31,0.24mg/kg,土壤Cd 含量均值远高于天津市土壤Cd 背景水平,呈现明显的积累趋势.圆白菜、芥菜、黄瓜、西葫芦、西红柿、茄子、豆角和大葱中Cd 积累量均有超过国家食品卫生标准的样本检出,综合超标率为7.6%.根据各类蔬菜对Cd 的富集系数,采用CHAID 系统聚类方法,将天津郊区蔬菜分为4 类,各类蔬菜吸收Cd 能力的差异显著.基于Monte-Carlo 模型的分析结果表明,达到重污染水平时,土壤Cd 会对人体健康产生较大风险.     

杂交水稻对Cd的吸收与籽粒积累:土壤和品种的交互影响

土壤-作物-食物是人类摄取Cd的主要途径,而水稻是籽粒Cd积累最强的粮食作物.选择2种杂交水稻(普通杂交稻“汕优63”和超级稻“Ⅱ优明86”)与乌栅土和红沙泥田2种水稻土为材料,采用添加Cd(2.5 mg/kg)和不添加Cd处理进行盆栽试验,研究了水稻在成熟期对土壤中Cd的吸收及籽粒积累特点.结果表明,杂交水稻对Cd的吸收及籽粒积累依土壤、品种及两者的交互作用而变化.杂交稻对土壤中原有Cd的吸收与积累,基因型影响高于土壤类型的影响,但对外源Cd的吸收与籽粒积累,土壤类型的影响强于品种基因型,而土壤与品种间的正交互作用(Cd吸收强的超级稻种植于土壤Cd化学有效性高的红沙泥田)可使水稻籽粒Cd积累成倍提高.说明在未污染条件下,杂交稻对Cd的吸收与籽粒积累主要受品种的吸收能力控制,而在污染条件下,土壤化学性质对Cd有效性的影响成为土壤-水稻系统Cd迁移的主要控制因素.本实验显示,在酸性土壤或污染条件下,超级稻对Cd的吸收与籽粒积累十分强烈,就地消费人群的籽粒Cd暴露风险水平达到数倍于临界摄入剂量水平.加Cd处理下,汕优63中Cd滞留于根部,而Ⅱ优明86有较强的将Cd向上运输的能力,Ⅱ优明86籽粒Cd积累的不利效应远远超过其产量的增加效应.因此,在高产水稻育种中必须考虑水稻对Cd吸收的基因型差异与籽粒Cd的暴露风险,推广高产杂交水稻根据其Cd的吸收特性考虑土壤-品种的合理布局.     

颗粒有机质对水稻镉吸收及转运的影响

采用盆栽试验,通过测定不同颗粒有机质(POM)添加量下土壤、POM中有机碳(POM-C)和Cd(POM-Cd)含量及水稻各部位Cd含量,研究了POM对紫色水稻土水稻镉吸收的影响及机制.结果表明:添加POM提高了土壤有机碳(SOC)、溶解性有机碳(DOC)、POM-C、POM-Cd、POM对Cd的富集系数和土壤有效Cd含量,在POM添加量达2. 5 g·kg~(-1)时可显著提高土壤POM-C和POM-Cd比例.添加POM提高了水稻植株生物量及Cd在水稻植株中的总累积量,但使水稻根Cd含量降低24%～42%,茎叶Cd含量提高9%～30%,籽粒Cd含量在POM添加量为0. 5 g·kg~(-1)和1. 0 g·kg~(-1)时分别降低了17%和36%,添加量为2. 5 g·kg~(-1)时提高了39%.添加POM对Cd在水稻根和茎叶中的分配不显著,但POM添加量较少时可抑制Cd从水稻茎叶向籽粒转运,POM添加达到一定量时,促进Cd从茎叶向籽粒转运,最终提高籽粒中Cd含量.相关分析结果表明,土壤有效Cd是影响茎叶Cd累积的主要因素,POM-Cd总量是影响籽粒中Cd累积的主要因素.因此,添加POM可通过改变土壤SOC、DOC、POM-C、POM-Cd及有效镉含量,影响水稻对Cd的吸收.     

城市垃圾焚烧中镉迁移转化及去除效率研究

通过典型城市垃圾焚烧炉烟气中镉排放浓度、镉排放速率、氯化氢排放浓度等进行现场监测,对比分析了不同氯化氢含量下,重金属元素镉向烟气中的挥发情况.对相关烟气监测参数分析发现,烟气中高温产生的氯化氢气体能够促进燃料中的重金属镉向烟气中的释放.烟气的排放速率影响重金属镉的去除效率,而烟气处理设施的类型对重金属镉影响不大.与单一的布袋除尘设施相比,布袋除尘器后加设活性炭喷射装置能够起到较好控制重金属镉排放的目的.     

不同水稻品种籽粒Cd、Cu和Se的含量差异及其人类膳食摄取风险

采用田间试验法,研究了江苏省57个水稻品种籽粒对太湖地区乌栅土中Cd、Cu、Se的吸收积累.结果表明水稻籽粒的Cd、Cu、Se含量的变化范围分别为0.099±0.039、4.86±2.595、0.035±0.007mg/kg,指示不同水稻品种对同一土壤中Cd、Cu、Se的吸收及其在籽粒中的积累存在有显著的差异.不同品种籽粒对Cu和Cd的吸收积累有同步的趋势,而高Se品种显示出抑制重金属Cu和Cd积累的倾向.不同品种籽粒中重金属含量的差异可能影响到人类重金属食物摄取的健康风险,57个品种中92%的样品的Cd含量超出USEPA推荐的人类摄取的籽粒临界含量.因此,在土壤重金属污染地区,必须密切注意高Cd、Cu吸收积累品种的大规模栽培.而筛选高Se低Cu、Cd的水稻品种进行品质育种是可能的.     

络合剂Fe(Ⅱ)EDTA对微藻络合体系的影响

高昂的微藻培养成本限制了微藻能源的大规模工业化生产。从降低微藻培养成本的角度出发,将能源微藻的培养与烟道气中脱除NO的两个过程耦联,并使用络合剂Fe(Ⅱ)EDTA提高NO吸收效率。研究通过设置不同的络合剂浓度来观察NO的去除效果和对藻细胞生长、油脂积累的影响。实验发现,络合剂会被系统中的氧化剂氧化而失去络合能力,但微藻可将Fe(Ⅲ)还原成Fe(Ⅱ),系统达到Fe(Ⅱ)浓度平衡,具备持续高效去除NO的能力。当络合剂浓度为20 mmol/L时,系统出口处检出的NO浓度为93 mg/L,NO去除率为76.75%。实验结果还发现,高浓度络合剂不利于微藻细胞的生长和油脂积累,系统反应24 h后两种对应的光密度(OD值)和油脂含量分别为0.82、9.93%和0.69、8.89%。因此,在构建微藻-络合剂体系中,初始络合剂浓度应兼顾NO的去除和细胞生长代谢、油脂积累,使系统效果达到最优。     

外源锌对不同番茄品种抗氧化酶活性、镉积累及化学形态的影响

采用盆栽试验研究了重金属Cd(10 mg·kg-1)污染下,叶面喷施不同浓度Zn(0、50、100、200和400μmol·L-1)对2个番茄品种‘4641’和‘渝粉109’生长、抗氧化酶活性及番茄果实Cd形态和积累量的影响.结果表明,喷施Zn后,番茄根、茎、果实干质量和植株总干质量以及体内Cd含量和积累量在2个品种之间的差异达到了显著水平(p0.05).外源Zn(≤200μmol·L-1)提高了2个番茄品种的果实、根、茎、叶及总干质量.随Zn浓度的增加,2个品种根CAT活性以及‘渝粉109’根POD活性先增加然后降低;2个品种根SOD活性则呈先降后升再降趋势.番茄果实中各形态Cd含量的顺序为:残渣态Cd(FR)盐酸提取态Cd(FHCl)氯化钠提取态Cd(FNaCl)乙醇提取态Cd(FE)醋酸提取态Cd(FHA c)去离子水提取态(FW).适量的Zn(≤200μmol·L-1)减少了2个番茄品种果实中各形态Cd含量,但高量Zn(400μmol·L-1)增加了‘渝粉109’果实中的FE、FR和‘4641’果实中FHCl及FR含量.Cd积累量为叶茎根或果实.叶面喷施Zn使番茄根、茎、叶和果实中的Cd含量分别降低了18.6%~41.7%、10.6%~36.7%、5.8%~21.5%和2.3%~12.7%.供试2个番茄品种,无论喷Zn与否,果实Cd含量和果实Cd积累量均为‘4641’‘渝粉109’,植株Cd总积累量则为‘4641’‘渝粉109’.     

深圳市利用小(2)型水库进行河流生态补水研究

深圳市水环境质量改善迫在眉睫,亟需探寻新的解决思路和途径。借鉴香港、新加坡等城市经验,提出"抓大放小"思路,通过挖潜现有供水水库库容,科学调度水资源,逐步调整小(2)型水库供水功能,充分利用水库库容在旱季为下游河流实施生态补水。补水后可一定程度改善下游河流水质状况,为深圳市河流治理提供新的思路和解决方案。同时通过完善村镇供水网络,实现集中供水,保障了区域供水水量和水质的稳定。     

外源锌对水稻各部位镉吸收与累积的拮抗效应

为探明外源锌(Zn)对镉(Cd)污染稻田系统Cd吸收累积的影响,采用盆栽试验,向轻度(Cd含量为0.50 mg·kg~(-1))和中度(Cd含量为1.50 mg·kg~(-1))Cd污染土壤中施用不同浓度的外源Zn,研究Zn对土壤、水稻根表铁膜和水稻各部位中Cd、Zn含量变化的影响,探讨外源Zn对Cd污染稻田系统Cd吸收累积的交互作用.结果表明,在2种Cd污染土壤中,施用外源Zn显著降低了湘晚籼12糙米Cd含量,降低幅度为13.4%～78.4%;在轻度Cd污染土壤中,施用外源Zn显著降低了威优46糙米Cd含量,降低幅度为14.7%～79.8%,而在中度Cd污染土壤中,当外源Zn浓度超过40 mg·kg~(-1)将增加威优46糙米Cd含量;在2种Cd污染土壤下均显著增加2种水稻根表铁膜数量,分别增加14.7%～85.9%、5.8%～61.2%;但对土壤交换态Cd含量无显著影响.在2种Cd污染土壤中,2种水稻各部位Cd/Zn比值与Cd含量正线性相关,且各部位Cd/Zn比值呈下降趋势,2种水稻糙米、茎叶间Cd-Zn拮抗作用显著.轻度Cd污染土壤中,施加外源Zn可以降低湘晚籼12和威优46糙米中的Cd含量;中度Cd污染土壤中,外源Zn仍然可以降低湘晚籼12糙米Cd含量,而当外源Zn施加量高于40 mg·kg~(-1)时将增加威优46糙米的Cd含量.