Grafting increases cadmium accumulation in the post-grafting generations of the potential cadmium-hyperaccumulator Solanum photeinocarpum

ABSTRACT

To determine whether grafting increases cadmium (Cd) accumulation in the post-grafting generation of hyperaccumulator plants, the effects of grafting on Cd accumulation characteristics of post-grafting generations of a potential Cd-hyperaccumulator Solanum photeinocarpum were evaluated in pot and field experiments. The following four grafting combinations were examined: ungrafted (UG), self-rooted grafting involving one S. photeinocarpum seedling (SG), self-rooted grafting involving two S. photeinocarpum seedling developmental stages (DG), and grafting on wild potato rootstock (PG). Grafting did not induce genetic changes in S. photeinocarpum, and increased the shoot biomass and the amount of Cd extracted by the shoots of the first, second, and third generations of S. photeinocarpum (PG > DG > SG > UG). Additionally, enhanced superoxide dismutase, peroxidase, and catalase activities and increased soluble protein contents of the first post-grafting generation were observed for the DG and PG, whereas only enhanced superoxide dismutase and peroxidase activities were observed for the SG. Grafting increased the DNA methylation levels by inducing hypermethylation in the first post-grafting generation (PG > DG > SG > UG). Therefore, grafting can enhance the Cd accumulation (phytoremediation) ability of post-grafting generations of S. photeinocarpum by enhancing DNA methylation levels, especially when wild potato rootstock is used.     

论环境污染治理的经济效益决定因素

在市场经济条件下,环境污染治理的形式、手段、效果、发展方向除了受社会的、政策的、法律的因素影响决定外,也受到经济效益因素的制约和影响.经济效益因素不仅决定环境污染治理的方式方法和发展趋势,还影响环境政策、法规的制定.文中作者从四个大的方面来分析阐述了经济效益因素对环境污染治理行为的决定和影响     

An investigation of cellular distribution of manganese in hyperaccumlator plant Phytolacca acinosa Roxb. using SRXRF analysis

Phytolacca acinosa Roxb. （P acinosa） is a recently discovered manganese hyperaccumulator plant from southern China. It is a good candidate for phytoremediation of manganese（Mn） polluted soil for its high biomass and fast growth. Knowledge of the tissue localization and identification of heavy metals can provide essential information on metal toxicity and bioaccumulation mechanisms. Synchrotron radiation X-ray fluorescence spectroscopy （SRXRF） microprobe was used in this study to investigate the cellular distributions of Mn and other elements in root, stem, leaf, petiole and midrib of P. acinosa. The highest Mn content was found in the vascular tissues of root, stem, petiole and midrib. Cortex in root played a key role in Mn absorption and Mn was limited in the vascular bundle during the process of transportation in stem. Moreover, Mn content in leaf epidermis was higher than that in mesophyll, which suggested that the sequestration of Mn in leaf epidermis might be one of the detoxification mechanisms of P. acinosa. The significance of other elemental （such as P, S, K, Ca, Fe, Zn and Cu） distribution patterns and the correlation with Mn were also discussed.     

垂序商陆茎叶收获物“水热液化”脱除重金属及生物质转化

以超富集植物之一的垂序商陆茎叶收获物为对象,以实现其中有害金属高效分离及生物质转化为目标,开展了垂序商陆茎叶收获物"水热液化"后处理工艺研究,考察了"水热液化"工艺温度、固液比及催化剂等因素对垂序商陆茎叶中锰及其他有害金属分离和生物油转化的影响,优化了实验参数。结果表明,在粒度为200目(75μm)、液固比为13.3∶1、压强为23 MPa、温度为373℃、反应时间为30 min、催化剂为0.1 mol/L K2CO3条件下可将垂序商陆茎叶中97%以上的锰及其他有害金属分离到水溶液中,86.24%的生物质转化成粗生物油。生物油经GC-MS等测定表明其主要由11.64%的苯类、51.91%酮类、18.71%的苯酚、6.24%烯类、4.20%的醚类和8.0%的氨类及其他有机物,相对分子量分布为94~138,碳数分布为6~9,热值26.72 MJ/kg。     

湖北铜绿山古铜矿冶炼渣植被与优势植物的重金属含量研究

对已废弃3000余年的湖北铜绿山古冶炼渣堆进行了植被和土壤调查。化学分析表明,冶炼渣的含Cu量极高,总量和有效态的Cu质量分数ω（Cu)分别为7789和538mg kg^-1。Cu的毒是影响铜绿山植物自然定居的限制因子。铜绿山现已形成了以草本植物为主体的良好植被,本次调查共记录有高等植物28种,隶属25属15科。优势种包括海洲香薷、蝇子草、鸭跖草、头花蓼、滨蒿、白茅和狗尾草等7种植物。植物分布与土壤中Cu含量有一定的相关性,鸭跖草分布区土壤中的Cu含量最高,白茅分布区土壤中的Cu含量最低,而其它5种植物的分布区含Cu范围较广,平均在7000mg kg^-1左右。除白茅、狗尾草和滨蒿外,其它4种优势植物都有一定的Cu指示作用,尤其以这些植物的单优群落或者是它们的集合具有更高的指示价值。本文首次报道鸭跖草是Cu的超富集植物,Cu^2 在地上部分（DW）和根部（DW）的质量分数（ω）分别为1034和1224mg kg^-1。而早期报道Cu超富集植物的海洲香薷则证明不是Cu超富集植物。综合植物分布区土壤中的Cu含量和植物体的Cu含量,认为铜绿山海洲香薷、鸭跖草、蝇子草、头花蓼、滨蒿种群都是Cu耐性植物,可用于富Cu土壤如矿业废弃地的植被重建,而超富集植物鸭跖草可用于Cu污染土壤的植物修复。表4参22     

中国镉超富集植物的物种、生境特征和筛选建议

植物修复作为一项绿色且有效的原位修复重金属污染土壤技术,在近20年引起了中国学者的关注并取得了一系列成果.通过检索镉超富集植物相关关键词,对过去20 a(2002～2021年)科技文献中报道的中国镉超富集植物的物种特征、野外发现地在中国各植被地带的分布、原生境特征、地质特征和镉的地球化学进行归纳总结,为镉超富集植物的筛选提供建议.结果表明,目前报道的镉超富集植物有45种.在植物物种上,隶属22科,36属,其中菊科(Compositae)植物最多,为14种.由野外调查发现的镉超富集植物有25种,主要发现于亚热带常绿阔叶林区域,其主要生长于铅锌矿周围的高浓度镉土壤上.归纳总结发现,丰富的植物物种资源、高浓度重金属土壤和长时间的驯化共同促进了超富集植物的形成.因此,具备这3点的区域可以视为超富集植物存在的高概率区域,并且超富集植物的野外筛选可以围绕此展开.最后,提出可以通过高概率区域识别和调查、富集能力验证、富集能力逆境习得筛查、生态型筛查、继代遗传检验和修复能力验证这6步,来进行超富集植物的筛选和植物超富集能力的鉴定.     

超积累植物垂序商陆(Phytolacca americana L.)吸收锰机制的初步探讨

垂序商陆是中国境内发现的锰超积累植物,了解其对锰的吸收特性及机制可为植物修复提供基础信息.通过人工培养液温室培养方法,探讨了低锰浓度处理下垂序商陆吸收累积锰的特性;采用同步辐射荧光技术(SRXRF)分析了锰在垂序商陆根横截面的分布特征;应用能量代谢抑制剂2,4-二硝基苯酚(DNP)和矾酸钠(Na3VO4)、钙离子通道抑制剂氯化镧(LaCl3)研究了垂序商陆对锰吸收,并探讨了其吸收机制.结果表明,低锰浓度处理下,锰超积累植物垂序商陆仍然具有较高的吸收和累积锰的能力,5μmol·L-1低锰浓度处理下垂序商陆根、茎、叶锰含量(以干重计)仍可高达402、208、601 mg·kg-1.锰在垂序商陆根横截面中柱含量最高,其次为表皮,皮层锰含量最少,锰从皮层进入到中柱是一个从低浓度到高浓度的过程,表明垂序商陆对锰的吸收可能存在主动运输过程.DNP和Na3VO4对垂序商陆锰吸收有一定的抑制作用,表明锰进入细胞是需要消耗能量的,进一步说明垂序商陆对锰的吸收存在主动吸收的过程.钙离子通道抑制剂LaCl3抑制垂序商陆根对锰的吸收高达30%,表明垂序商陆对锰的吸收与钙离子通道密切相关.     

植物基因工程修复土壤重金属污染研究进展

土壤重金属污染植物修复技术应用广泛,但超富集植物的寻找耗时费力,现存超富集植物通常生长缓慢、生物量低、地域限制较大,导致植物修复效果不能达到预期.基因工程在植物修复中的应用,为提高植物修复土壤重金属污染的效率提供了新的思路.通过综述基因工程强化植物修复土壤重金属污染的研究进展,着重关注植物修复关于重金属转运、储存、解毒过程的调控过程,主要包括:①控制植物体内重金属由胞外运移至胞内的关键基因,主要有锌铁调控蛋白、黄色条纹样蛋白、天然抗性相关巨噬细胞蛋白,作为载体参与重金属在植物体内的不同组织的转运.②改变重金属在细胞内储存位置、提高植物耐受能力的关键基因,主要调控ATP结合盒转运器、阳离子扩散促进器和P_1B型ATPases,通过增强植物对重金属的区隔化能力来实现储存功能.③降低重金属对植物毒害作用的关键基因,主要调控植物体内植物络合素、金属硫蛋白的大量合成,并络合重金属形成螯合物.根据植物基因对重金属超耐性和超富集的作用机制,建议后续研究可利用基因工程向目标植物导入相关功能基因,使其在目标植物中高效表达,并在实际环境中进行植物生长测试应答机制,最终更好地调控植物体内重金属含量平衡关系,以克服超富集植物与环境适配性差的缺陷.      

重金属超积累植物的研究进展

土壤重金属污染是当前面临的一个重大环境问题,而土壤重金属污染的植物修复尤其是超积累植物的应用是治理污染土壤的重要手段之一。文章介绍了重金属超积累植物的概念和作用,详细综述了近年来重金属超积累植物的研究成果,包括其富集特征、种质资源、种属及时空地域分布特点以及其吸收重金属的生物学机理等,并对该研究领域存在的问题及今后的研究方向与应用作了简要的探讨。以期引起人们对该领域的重视,并为国内在超积累植物的相关研究方面提供参考。     

土壤容重改变对锌/镉超累积植物遏兰菜根系特征及吸镉的影响

为了探讨土壤容重的变化对锌/镉超累积植物遏兰菜(Thlaspi caerulescens)根系形态特征及吸收土壤中镉、锌的影响,采用土壤盆栽方法,研究了土壤结构改良剂(EB.a)对镉污染土壤(2.12 mg.kg-1)的容重和遏兰菜提取镉/锌效率的影响.EB.a用量分别为0、0.1%和2%,植物种植100 d后收获.结果表明,EB.a可有效地降低土壤容重,2%EB.a处理土壤容重从1.27g.cm-3降至1.09 g.cm-3;土壤容重的降低,促进了遏兰菜根系和地上部的生长;植物的总根长、根毛长、根冠比均显著提高(p0.05).随着植物根长的增加,遏兰菜地上部提取镉/锌总量均显著提高(p0.05).与对照相比,2%EB.a处理致使遏兰菜总根长增加了2.6倍,植物地上部镉浓度和提取总量分别提高了20%和30%,镉提取效率由15%提高至19%;但遏兰菜的地上部锌浓度和提取总量并没有显著变化.研究结果证实了改善土壤结构可以促进遏兰菜根系的生长从而提高植物对镉的提取效率.