Cadmium uptake by different rice genotypes that produce white or dark grains

IntroductionCadmium(Cd)isanon essentialtracemetalthathasadverseeffectsonplants,animalsandhumans.EnvironmentalcontaminationwithCdduetoanthropogenicactivities,suchasmining,industry,agricultureandwastedisposalhasbeenincreasingsincethebeginningofthe 2 0thcentury (Alloway,1995) .ResearchoncontrollingCdpollutionassociatedwithassessingandmanagingacuteinjurytohumanhealththroughoccupationalexposureanddisposalofCdfromindustrialpointsourcestolocalpopulationsthroughseveralpathwayshasmadeconsiderableadva…     

镉胁迫对水浮莲幼苗生理功能的影响

采用水培实验,研究镉胁迫对水浮莲(Pistia stratiotes L.)幼苗生理功能的影响,包括叶绿素含量、叶片和根系中可溶性蛋白质含量、POD和SOD酶活的变化情况。结果表明,镉胁迫明显抑制水浮莲幼苗叶绿素和蛋白质合成,且随着镉浓度增加和胁迫时间延长,其抑制作用增强;在抗氧化酶活性方面,根和地上部分对镉胁迫的反应存在显著差异,重金属镉对水浮莲幼苗根系的损伤较叶片强。根系POD酶活在重金属胁迫下显著下降,且根中酶活对高浓度镉胁迫比低浓度条件下反应敏感。叶片POD、SOD酶活能够被诱导而升高。综合分析水浮莲幼苗在镉胁迫下的生理特性,其适用于低浓度镉污染水体的生态修复。     

镉"加标"沉积物对泥鳅(Misgurnus anguillicaudatus)生物毒性研究

选择泥鳅(Misgurnus anguillicaudaus)作为受试生物,以泥鳅死亡率、血液红细胞数量、红细胞体积、红细胞微核率和核异常率作为测试指标,考察了沉积物中"加标"金属镉(Cd)的毒性状况,探讨了水体沉积物中重金属的生物毒性影响.结果表明:高有机质的粘土粉砂性沉积物能够有效吸附重金属镉;镉加标暴露组泥鳅的死...     

喀斯特高地质背景区土壤-水稻Cd对不同调理剂及组合的响应

当前土壤调理剂在水稻Cd污染防治方面的应用,主要集中在华东、华中、华南等工农业污染区,而在西南喀斯特高Cd地质背景区应用较少。本文在贵州罗甸喀斯特高地质背景区开展了土壤-水稻Cd对NPK复合肥、菜籽饼肥、牛粪、硅钙镁肥调理剂及组合的响应试验研究,结果显示：(1)与种植前相比,各调理剂及组合处理下土壤有效态镉(DTPA-Cd)含量平均降低了21.6%、可还原态Cd含量占比平均降低了5.84%、弱酸提取态Cd含量占比平均提高了5.53%、可氧化态和残渣态Cd含量占比基本保持不变;(2)与空白相比,除NPK复合肥+菜籽饼肥外各调理剂及组合处理下糙米Cd含量平均降低了24.7%、糙米Cd富集系数平均降低了20.0%;(3)NPK复合肥+牛粪这种传统种植(施肥)模式效果最优,土壤DTPA-Cd含量降幅最大(28.1%)、糙米Cd含量最低(0.182 mg/kg)、糙米Cd富集系数最低(0.023 0),值得开展更大范围的试验示范与推广。本研究区土壤-水稻Cd对各调理剂及组合的响应明显不同于我国工农业污染区,体现了喀斯特区域特点：淹水致使土壤中占主导的可还原态Cd一定程度地被活化,弱酸提取态Cd占...     

植物镉耐性/富集基因的筛选方法

植物耐受/富集镉（Cd）是一个复杂的过程,涉及转运蛋白家族、螯合蛋白家族、抗氧化系统等多个方面的参与。文章综述了植物Cd耐性/富集基因的筛选方法,包括抗性表达文库、Cd抗性突变体的图位克隆、基因差异表达、电子克隆。筛选Cd抗性植物cDNA酵母表达文库可鉴定与金属束缚、隔离及外排相关的膜转运蛋白;筛选重金属敏感拟南芥突变体和图位克隆突变基因可鉴定与谷胱甘肽和植物螯合肽合成相关的酶;第二代测序技术、基因差异表达分析则是鉴定Cd响应基因以及揭示金属型植物与非耐性植物表型差异分子基础的有效方法;电子克隆也被应用在模式植物中鉴定重金属转运蛋白家族的编码基因。在此基础上,简述了Cd耐性/富集基因在改良植物Cd耐性或富集上的应用。     

PE微塑料对土壤吸附镉的影响及机理研究

微塑料影响土壤对重金属的吸附,改变重金属在土壤中的迁移转化。该文采用批量实验研究了3种粒径(13、48、150μm)聚乙烯微塑料(PE-MPs)存在时土壤对Cd的吸附解吸行为,同时借助扫描电子显微镜-X射线能谱、X射线衍射、X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱等测试方法探究了相关机理。结果表明,PE-MPs对土壤吸附Cd²⁺的影响表现为：抑制Cd²⁺的吸附,促进Cd²⁺的解吸,且当PE-MPs剂量较高或粒径较大时,这种影响更明显。无论是否存在PE-MPs,土壤对Cd²⁺的吸附过程均更符合准二级动力学和Freundlich模型,说明其过程均为受化学吸附控制的多层吸附。土壤对Cd²⁺的吸附机制主要为表面络合和沉淀作用,PE-MPs能覆盖土壤表面的活性位点,干扰Cd²⁺与土壤中含氧官能团相互作用,进而减弱土壤对Cd²⁺的化学吸附。PE-MPs能增强土壤中Cd的流动性,增加Cd对土壤生态系统污染的风险。     

根施伯克氏菌对小麦镉吸收转运的两段式阻控作用

为评估将伯克氏菌Y4（Burkholderia sp.Y4）作为污染农田小麦降镉（Cd）菌的可行性,通过微生物高通量测序、土壤Cd逐级提取、小麦Cd亚细胞分布和赋存形态检测等手段,分析了菌株Y4处理下根际土壤微生物群落和Cd有效态变化,以及小麦根、基节、节间和籽粒Cd含量及其转运特征.结果表明,根施菌株Y4显著降低了小麦根部和籽粒Cd含量,与对照处理相比降幅分别为7.7%和30.3%.小麦营养器官Cd含量及Cd转移因子结果显示,菌株Y4处理使Cd从基节向节间的转移因子降低79.3%,小麦节间Cd含量也随之降低50.9%.Cd赋存形态研究发现,菌株Y4处理增加了根和基节中残渣态Cd占比,降低了根系中无机态和水溶态Cd的含量,并提高了基节中残渣态Cd含量.进一步检测Cd的亚细胞分布发现,根细胞壁和基节细胞液中Cd含量增幅分别达21.3%和98.2%,可见菌株Y4处理提高了根细胞壁和基节细胞液对Cd的固定能力.深入研究根际土壤发现,菌株Y4处理使小麦成熟期根际伯克氏菌的相对丰度由9.6%提高至11.5%,并改变了土著微生物的群落结构,提高了Gemmatimonadales、Pseudomonadales和Chitinophagales等相对丰度,并降低了Acidobacteriota等相对丰度.同时,施加菌株Y4提高了根际土pH值,增幅达8.3%;降低了土壤中的可交换态Cd、碳酸盐结合态Cd和铁锰氧化物结合态Cd含量,其降幅分别达44.4%、21.7%和15.9%,而残渣态Cd比例高达53.6%.根施菌株Y4提高了土壤中硝态氮和铵态氮的含量,增幅可达22.0%和21.4%,并且碱解氮含量也有一定程度提高.由此可见,根施菌株Y4不但提高了土壤氮素可利用性,同时能够通过降低根际土壤中Cd有效性、提高小麦根和基节的Cd拦截固定能力,“两段式”阻控污染土壤中Cd向小麦籽粒的转运积累.故伯克氏菌Y4作为小麦降Cd促生菌剂具有一定的应用潜力.     

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.     

改性酒糟生物炭对紫色土壤镉形态及水稻吸收镉的影响

生物炭及改性生物炭已被广泛应用于重金属污染农田土壤修复领域.为探寻经济有效的镉（Cd）污染酸性紫色土壤修复改良材料,将酒糟制成酒糟生物炭（DGBC）,并用纳米二氧化钛（Nano-TiO₂）对其改性,制得两种改性酒糟生物炭TiO₂/DGBC和Fe-TiO₂/DGBC,采用水稻盆栽试验研究不同生物炭和不同施用量（1%、3%、5%）处理对土壤理化性质、养分含量、Cd赋存形态与生物有效性、水稻生长与Cd富集的影响.结果表明：①施用DGBC显著提高了酸性紫色土pH、CEC和养分含量,且TiO₂/DGBC和Fe-TiO₂/DGBC效果更好.②DGBC和改性DGBC使土壤Cd形态由可溶态向难溶态转变,残渣态Cd相较对照增加了1.22%~18.46%.土壤Cd生物有效性显著降低,DGBC、TiO₂/DGBC和Fe-TiO₂/DGBC分别使有效态Cd降低11.81%~23.67%、7.64%~43.85%和19.75%~55.82%.③施用DGBC和改性DGBC提高了水稻产量,DGBC、TiO₂/DGBC和Fe-TiO₂/DGBC在3%添加量时水稻产量最高,分别为30.60、37.85和39.10 g·pot^-1,是对照的1.13、1.40和1.44倍.水稻各部位Cd含量显著降低,施用3种生物炭时水稻籽粒ω（Cd）分别为0.24~0.30、0.16~0.26和0.14~0.24 mg·kg^-1,TiO₂/DGBC在5%、Fe-TiO₂/DGBC在3%和5%添加量时,水稻籽粒ω（Cd）低于0.2 mg·kg^-1,符合国家食品中污染物限量标准（GB 2762-2022）.总体来看,Nano-TiO₂改性DGBC通过自身的吸附作用和影响土壤Cd形态分布有效降低了土壤Cd生物有效性,从而降低了水稻对Cd的吸收,同时促进了水稻生长,提高水稻产量.是一种具有潜在应用前景的Cd污染土壤修复改良材料.研究结果可以为Cd污染酸性紫色土农田修复和农业安全生产提供科学依据.     

柠檬酸与磷共存对土壤吸附镉的影响

以武汉市棕红壤为研究材料,采用室内培养和等温平衡吸附实验,研究了磷和柠檬酸共存下对土壤吸附镉的影响;并模拟干湿交替实验,通过BCR连续提取,研究了不同剂量磷和柠檬酸处理后,经多次干湿交替后镉的形态变化.结果表明,经10 mg·L^-1 CdCl₂溶液处理后的土壤胶体,添加较低质量浓度（40 mg·L^-1）的磷对其吸附镉的影响不明显,而添加磷质量浓度较高（80 mg·L^-1）时可显著提高其对镉的吸附,吸附量较CK处理增加78 g·kg^-1,吸附率提高7.89%;向经40 mg·L^-1磷溶液处理过的土壤胶体中加入柠檬酸,可减弱其对镉吸附,且随柠檬酸浓度增高,抑制效果增加,而且对低剂量磷（40 mg·L^-1）处理的土壤胶体抑制作用更明显,加入1 mmol·L^-1与5 mmol·L^-1柠檬酸后,土壤胶体对镉的吸附率分别降低了30.89%与40.97%;而当磷处理质量浓度较高时,柠檬酸的影响则不显著.周期性的干湿交替显著促进土壤中镉由弱酸提取态及可还原态向可氧化态及残渣态的转变,即磷钝化的镉在柠檬酸的影响下,随干湿交替次数的增加,镉的有效性降低.