铜、镉胁迫对冬小麦籽粒淀粉含量和糊化特性影响的初步研究

为给小麦优质安全生产提供理论依据，以中筋型冬小麦品种豫麦70为供试材料．于2004～2005年度在盆栽试验条件下，设置Cu、Cd两种重金属元素各三个浓度水平，即Cu1（100mg／kg）、Cu2（200mg／kg）、Cu3（300mg／kg）和Cd1（10mg／kg）、Cd2（50mg／kg）、Cd3（100mg／kg），共6个处理，以不施重金属元素处理为对照，研究了Cu、Cd胁迫对冬小麦籽粒淀粉含量及其糊化特性的影响。结果表明，籽粒淀粉含量随Cu、Cd浓度的增加而降低，与对照相比，Cu处理最大降幅为9．58个百分点，Cd处理最大降幅为11．45个百分点。Cu处理对籽粒淀粉糊化特性的影响随浓度的增大而增加，其中，对峰值粘度、低谷粘度、最后粘度和反弹值的影响较大，对稀懈值的影响较小；Cd处理对淀粉糊化特性的影响表现为随浓度的增大．各性状值先增加后降低的变化特点，且以Cd。处理的影响最大。Cu、Cd胁迫下，籽粒产量和籽粒蛋白质产量随Cu、Cd浓度的增加而急剧下降；籽粒蛋白质含量也随浓度的增高而降低，但处理间差异均未达显著水平。这些结果表明，在本试验条件下，过量施用重金属Cu、Cd对小麦植株产生了明显的胁迫危害，致使小麦籽粒淀粉含量下降，并造成严重减产。     

盐分胁迫对小麦籽粒蛋白质及其组分含量变化动态的影响

为了明确盐分对小麦籽粒蛋白质及其组分含量的影响，分析了3种不同盐分含量的土壤上小麦籽粒蛋白质及其组分含量的动态变化。结果表明，随着土壤盐分浓度的增加，小麦籽粒蛋白质含量提高，表现为S3（土壤盐分含量1．6129g／kg）〉S2（土壤盐分含量1．2656g／kg）〉SI（土壤盐分含量0．674g／kg）；小麦籽粒蛋白质积累量随盐分浓度的提高而下降，S2与S1处理间籽粒蛋白质含量和积累量差异均达显著水平，S3与S2和S1间差异均达极显著水平。盐分胁迫条件下小麦籽粒蛋白质含量呈高一低一高的“V”型变化，与正常生长条件下蛋白质含量的变化动态一致。小麦籽粒蛋白质各组分含量随土壤盐分浓度的增加而增加，各处理间的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量差异均达显著或极显著水平。从各组分占总蛋白的比例来看，清蛋白、球蛋白、谷蛋白的比例随着土壤含盐量的增加而下降，醇溶蛋白的比例则随土壤含盐量的增加而增加，谷／醇比随着土壤含盐量的增加而下降。     

施磷量对弱筋小麦扬麦9号籽粒淀粉合成和积累特性的调控效应

以弱筋小麦扬麦9号为材料，在缺磷土壤（速效磷含量4．1mg／kg）上进行施磷量试验，研究施磷量对小麦籽粒淀粉合成、积累及相关酶活性的影响。结果表明。在施磷（P2O5）0～108kg／ha范围内，增加施磷量，籽粒直链淀粉、支链淀粉、总淀粉积累量、积累速率上升，旗叶蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性和蔗糖含量提高，籽粒蔗糖合成酶（SS）活性增强。籽粒蔗糖含量提高。籽粒ADPG焦磷酸化酶（AGPP）、可溶性淀粉合成酶（ssS）、束缚态淀粉舍成酶（GBSS）活性提高，成熟籽粒直链淀粉、支链淀粉、总淀粉含量下降。施磷量超过108kg／ha后，直链淀粉、支链淀粉、总淀粉积累量、积累速率及蔗糖含量、SPS、SS、AGPP、SSS、GBSS酶活性呈下降趋势。     

外源Zn对冬小麦生育后期Zn吸收积累的影响

为探讨外源Zn对小麦植株生育后期Zn吸收积累的影响,以河南省主要推广品种周麦18和矮抗58为材料,于2009-2010年进行网室盆栽试验,测定了不同浓度的Zn（0、200、400和800mg.kg-1干土,分别以Zn0、Zn2、Zn4、Zn8表示）处理下,小麦灌浆初期及成熟期植株叶片、茎鞘、穗部、籽粒及根等部位的Zn含量和干物质积累量,分析了各部位的Zn积累量和分配比例。结果表明,外源Zn处理下,灌浆初期至成熟期,小麦植株各部位Zn含量为4.22～174.98μg.g-1,以叶片Zn含量最高。Zn含量的变异主要是外源Zn所导致,品种及品种×外源Zn的互作对各部位Zn含量亦有不同程度的影响。随外源Zn水平的增加,植株干物质积累量呈现先升后降趋势,在200mg.kg-1处理时,植株干物质积累量最高。植株Zn积累总量亦随外源Zn处理浓度的增加而升高,表现为Zn8〉Zn4〉Zn2〉Zn0,周麦18植株Zn积累量高于矮抗58。灌浆初期,植株Zn的主要积累部位是叶片,至成熟期,籽粒和根是Zn的主要积累部位,植株Zn有50%左右分配至籽粒中。在Zn2处理下,籽粒Zn的分配比例最高。土壤中施加适量Zn肥,有利于植株干物质的积累和Zn的吸收积累。     

镉、铅积累与转运在冬小麦品种间的差异

在府河污灌区选取代表性农田,采用田间小区试验,研究了北方冬麦区适种的10个小麦品种对镉（Cd）、铅（Pb）积累与转运的差异,以期筛选出具有Cd、Pb低积累潜力且产量较高的小麦品种。结果表明,10个小麦品种的产量和籽粒中Cd、Pb含量在品种间存在不同程度的差异。石新633产量最高,为8 400 kg·hm^-2,较其他小麦品种高出7%~23%;石新828和济麦22次之,较其他小麦品种高出1%~15%;籽粒中Cd含量较低的是良星66和济麦22,分别比其他小麦品种低11%~48%和2%~42%。籽粒中Pb含量较低的是鲁元502和济麦22,分别比其他小麦品种低14%~49%和14%~40%。10个小麦品种籽粒中Cd、Pb含量均未超过食品安全国家标准的食品中污染物限量标准（GB 2762-2012）。对10个小麦品种籽粒和秸秆中的Cd、Pb含量进行聚类分析可知,济麦22、中麦175、良星66和鲁元502均属于籽粒、秸秆中Cd、Pb低积累类群。综合评价小麦产量、小麦地上部Cd、Pb含量、富集系数、转运系数等指标发现,济麦22为既高产且籽粒具有低积累Cd、Pb潜力的小麦品种,适宜在黄淮冬麦区北部Cd、Pb轻度污染区推广种植。     

植烟区烟草重金属含量及其与土壤环境因子相关性研究

在植烟区采集具有代表性的土壤和烟叶样品112个，测定其烟草重金属Cu、zn、Pb、Cd的平均含量分别为：20．46、120．71、3．07、7．51mg／kg，研究了烟叶Cu、zn、Pb、Cd的含量特征及其影响因素。结果表明，烟草中Cu、zn、Pb、Cd含量和土壤pH呈显著负相关，和土壤有机质含量呈显著正相关，氯离子和烟叶zn和Cd呈显著正相关。表明土壤理化性质影响烟叶重金属的积累。     

小麦品种与生物有机肥联合修复农田镉污染研究

为筛选Cd积累低且产量较高的小麦品种,以6个北方小麦品种和6个南方小麦品种为试材,在安徽铜陵选取Cd重度污染与未污染农田进行小麦品种与生物有机肥联合修复田间对比试验。结果表明,Cd未污染农田中各小麦品种除了泰山24外籽粒Cd含量均未达到国家粮食安全标准;Cd重度污染农田中小麦籽粒Cd含量为1.21~2.41mg·kg-1,Cd均超标,南方小麦品种较北方品种籽粒中Cd含量更高且差异性更大;施用生物有机肥可降低Cd重度污染农田中各小麦品种的Cd含量,降低百分率为1.7%~57.8%,平均降低29.9%。施用生物有机肥的Cd重度污染农田中各小麦品种籽粒Cd含量与小麦茎、叶的Cd含量极显著正相关。Cd重度污染农田较Cd未污染农田各小麦品种产量均显著降低,平均减产率46.2%;使用生物有机肥使Cd重度污染农田小麦平均增产15.7%。各小麦品种籽粒Cd含量与产量极显著负相关。扬麦20、宁麦8号为籽粒Cd积累量较低、产量较高的品种;施用生物有机肥可有效降低小麦籽粒Cd含量、增加小麦产量。     

晚粳稻籽粒中砷、镉、铬、镍、铅等重金属含量的品种和粒位效应

 选用籽粒着粒密度差异较大的密穗型品种秀水63和散穗型品种秀水11，种植于受重金属轻度污染的土壤，研究了晚粳稻籽粒中有毒重金属As、Cd、Cr、Ni、Pb含量的品种与粒位效应。结果表明，重金属含量的粒位间差异秀水63明显大于秀水11，As、Cd、Cr、Pb含量粒位间差异显著， Ni含量差异较小。穗上部籽粒As、Cd、Ni含量高于中部籽粒，穗下部籽粒最低，而Cr、Pb则正好相反。稻米中几种重金属含量与粒重的关系因重金属种类不同存在着差异，籽粒As、Cd、Ni含量与粒重呈正相关，而Cr和Pb含量与粒重呈负相关。秀水63和秀水11不同粒位的籽粒灌浆模式存在差异，下位粒灌浆速率较低，使粒重较上、中位粒低，导致粒重有较大的粒位差异，而这种差异也与穗部着粒密度有关，秀水63明显大于秀水11。籽粒As、Cd、Ni含量与最大灌浆速率（GRm）呈正相关，与到达最大灌浆速率时间（Tpoi）呈负相关，而Cr和Pb含量与以上两个籽粒灌浆特性参数分别呈负相关和正相关，说明籽粒As、Cd、Ni的积累与碳水化合物的积累具有相同或相近的模式，而Cr和Pb表现为不同的积累模式。     

苎麻对镉胁迫的响应及其对其它重金属吸收能力的研究

通过田间微区模拟试验,以中苎1号、湘苎2号和湘苎3号为材料,研究苎麻对镉（Cd）胁迫的响应及其吸收铅（Pb）、铜（Cu）、锌（Zn）和镍（Ni）的能力。结果表明：供试3个品种均有较强的Cd耐受能力（耐受Cd的阈值为11．7mg·kg^-1）,其中湘苎3号耐受Cd的能力最强,在Cd添加量为0～100mg·kg^-1时,其有效株为15．7—29．0株/m^2、生物量为0．67～1．01kg·m^-2、原麻产量为55．4—76．8g·m^-2,显著高于其它2个品种;随着土壤Cd添加量的增大,3个品种地上部的Cd含量及其累积量均显著增加,最高可迭61．5mg·kg^-1与49．6mg·m^-2,表明苎麻对cd具有较强的富集能力,但并未达到Cd的超富集植物的水平;Cd胁迫条件下,3个品种对Pb、Cu、Zn、Ni等重金属的吸收因元素种类的不同而异,中苎1号对Pb、Ni吸收呈现出随土壤Cd添加量增大而增加的趋势,湘苎3号对Zn、Ni吸收则呈现出随土壤Cd添加量增大而减少的趋势,但土壤Cd添加量对3个品种吸收Cu的影响并不明显。同时,苎麻还具有较好的经济效益且不进入食物链,是一种理想的修复与利用重金属污染土壤的备选植物,但镉胁迫对苎麻吸收Pb、Cu、Zn、Ni等重金属的影响机制尚需进一步研究。     

施磷量对小麦品质和产量及氮素利用的影响

在0～20cm土层土壤速效磷含量16．5mg／kg的大田条件下选取0、75、105kg／hm^2三个不同磷素水平进行了施磷量试验，以研究施磷对小麦品质和产量及氮素利用的影响。结果表明，75kgP2O5／hm^2施磷处理显著提高了籽粒蛋白质含量，延长了面团形成时间和稳定时间，提高了评价值，改善了加工品质；但在施磷量增加到105kg／hm^2时，小麦籽粒加工品质下降。施磷促进了各生育时期植株对氮素的积累，减少了0～1m土层土壤中硝态氮的积累，且硝态氮的积累量随施磷量的增加而降低。在本试验地力条件下，施磷亦显著提高了籽粒产量，但75和105kgP2O5／hm^2两施磷处理间籽粒产量无显著差异；随着施磷水平的提高，小麦氮素利用效率显著降低。     

小麦富集重金属的品种差异及其潜在健康风险评价

为了筛选出适合黄淮冬麦区种植的具有重金属低累积潜力且食用安全的小麦品种,在黄河故道丰县境内选取代表性农田,采用田间小区试验,研究了12个小麦品种籽粒对Pb、As、Cr、Hg、Cd和Ni富集的差异,并用目标危害系数(THQ)法对其食用后的潜在健康风险进行了评价。结果表明,试验区144个采样点表层土壤中As、Cr、Cd和Ni的平均含量较中国土壤元素背景值分别超标0.14倍、0.20倍、1.32倍和0.20倍,Pb和Hg均低于背景值,仅Pb未见超标点位,但所测6种重金属的含量均低于《土壤环境质量标准》中的Ⅱ级标准值和《绿色食品产地环境质量》规定的土壤中污染物含量限值。供试的12个小麦品种籽粒中的6种被测重金属含量均符合国家食品安全标准限制值,但对Pb、Ni、As、Cr的吸收累积差异较Cd、Hg明显,以Pb最为明显。聚类分析可将12个品种划分为较低累积类群(保麦2号、烟农19、百农207、保麦5号、荔高6号和迁麦1号)、中等累积类群(新麦288、淮麦20、百农AK58和豫农035)和高累积类群(徐麦30和徐麦33)。12个小麦品种的籽粒对6种重金属的平均富集系数由大到小依次为Hg、Cd、As、Pb、Ni和Cr,富集程度在不同品种间差异程度不同。其THQ值和总危害系数(TTHQ)值均小于1.0,表明居民消费供试品种小麦籽粒无被测重金属引起的潜在健康风险。但徐麦30、豫农035和徐麦33籽粒中重金属的TTHQ值均介于0.9~1.0,对此应引起重视。综合评价,保麦2号、百农207、保麦5号、荔高6号和新麦288可作为黄淮冬麦区种植的重金属低累积小麦品种。     

Cd、Cr、Pb复合胁迫下小麦植株重金属的积累与分布

为了预测重金属复合胁迫对小麦的危害,采用溶液培养、田间土柱栽培等毒理试验方法,分析了小麦幼苗期及成熟期Cd、Cr、Pb在植株不同器官的富集,并对小麦受重金属胁迫的安全限量值进行了研究。结果表明,①Cd、Cr、Pb二元或三元胁迫条件下,小麦幼苗期植株各器官对重金属的富集浓度均极显著高于单一胁迫处理,说明复合胁迫加剧了重金属向小麦体内的迁移累积。成熟期小麦对Cd、Cr、Pb的富集比较依赖于土壤中相应Cd、Cr、Pb的浓度水平,其他两种重金属的协同作用在根系所占比例大约为5.09%～21.66%。②各器官中重金属的富集表现:幼苗期为根系>叶鞘>叶片,成熟期为根系>茎叶>籽粒。但幼苗期复合胁迫促进了重金属向地上部分的转移。③幼苗期植株各器官对重金属富集系数的大小为Cr>>Pb>Cd,表明幼苗期小麦根系对Cr的富集能力最强;植株地上部分的重金属平均富集量Cd为68.68%、Cr为51.63%、Pb为70.83%,说明Cd、Pb运输到地上部的能力较强。成熟期Cd在小麦地下、地上各器官的转移速率最快,Cr次之,而Pb转移到籽粒中去的量很少。     

小白菜对土壤中5种重金属的富集特征及土壤安全临界值的研究

通过采集珠三角地区蔬菜产地各重金属浓度土壤(非人工添加重金属)进行盆栽试验,研究5种重金属(Cd、Pb、As、Hg、Cr)在种植小白菜(Brassica chinensis L.)土壤中的活性、小白菜可食部分对土壤中重金属全量和有效态含量的富集特征,并探讨了产地环境土壤中5种重金属的安全临界值以及影响小白菜吸收重金属的因素。结果表明:种植小白菜的土壤中重金属的活性高低顺序为Cd>Pb>As>Cr>Hg,小白菜对重金属的富集能力顺序为Cd>(Cr、As、Hg)>Pb。依据食品卫生标准的限量值进行方程拟合,得出适合小白菜种植土壤的重金属全量限量值分别是Cd:1.74mg/kg,Pb:494.78mg/kg,As:113.58mg/kg,有效态重金属限量值分别是Cd:0.83 mg/kg,Pb:146.87 mg/kg,As:21.94 mg/kg。小白菜对Hg表现为低积累。土壤中有机质、CEC与土壤全量Hg正相关,CEC与土壤全量Cr负相关,土壤pH能增强土壤中Cr活性。     

香蕉对砷镉铅的富集转运特征及土壤重金属安全阈值

建立土壤重金属安全阈值是保障我国农产品质量安全的一道重要屏障。本研究通过盆栽模拟实验研究香蕉对砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）3种重金属的富集转运特点,进一步通过建立香蕉茎叶与土壤As、Cd、Pb总量和有效态含量的关系,推导香蕉种植系统的土壤As、Cd、Pb的安全阈值。结果显示,Cd、Pb对香蕉生物量表现出“低促高抑”的作用。香蕉各组织对As的富集规律为：根>叶>茎;而对Cd、Pb的富集规律表现为：根>茎>叶。根茎向叶转运As的能力强于转运Cd和Pb。采用回归分析方法,建立香蕉茎叶中重金属与土壤重金属总量和有效态含量之间的回归模型共12个,根据GB 13078—2017《饲料卫生标准》中对原料As、Cd、Pb的限量规定推导出香蕉土壤中As、Cd、Pb总量安全阈值分别为102.40、0.46、15.39 mg/kg,有效态含量安全阈值分别为4.77、0.10、5.27 mg/kg。     

三种蔬菜在2种硒含量土壤中对硒锌铅镉吸收规律的研究

采用盆栽试验,研究了叶用芥菜、大蒜和雍菜在富硒和低硒土壤中对硒和重金属(Pb、Cd、Zn)的吸收规律。结果表明:在富硒土壤中,大蒜、芥菜和雍菜各部位硒含量均高于低硒土壤的处理,其中,根部和可食部位分别是低硒土壤的1.6~2.6倍和1.1~4.5倍。3种蔬菜在两种土壤上的可食部位硒含量都表现出大蒜(0.029~0.143 mg/kg)芥菜(0.007~0.016 mg/kg)雍菜(0.002~0.007 mg/kg)的趋势,其中富硒土壤中大蒜和芥菜硒含量达到富硒标准(≥0.01mg/kg)。3种蔬菜的根部或鳞茎部位的硒含量均显著高于各自的茎或叶部位。蔬菜重金属含量与土壤重金属本底值呈正相关。3种蔬菜对Pb、Cd、Zn的吸收能力不同,植株的Pb含量高低顺序为雍菜芥菜大蒜,Cd含量高低顺序为大蒜芥菜雍菜,Zn含量高低顺序为芥菜大蒜雍菜,且在蔬菜不同部位的累积顺序均为根茎、叶。因此,生产安全且富硒蔬菜,需选择硒富集能力强且重金属吸收能力较低的蔬菜种类。本研究的结果表明,供试的3种蔬菜中,大蒜和芥菜具有较高的硒富集能力,可作为富硒蔬菜生产。     

籽粒镉低积累小麦材料的筛选及稳定性分析

为筛选出在不同试验条件下籽粒镉（Cd）低积累且稳定的小麦材料,以2年大田试验获得的籽粒Cd积累存在差异的30份小麦材料为研究对象,采用不同Cd浓度的盆栽试验和不同Cd污染程度的大田试验对小麦材料籽粒Cd积累差异进行研究。结果表明,盆栽试验中,小麦籽粒Cd含量随土壤Cd浓度的增加而增加,且在材料间差异明显;聚类分析发现,有7份小麦材料（30389、MY1848、XK066-1、77782、HW2-2、中梁22、绵麦37）在不同Cd浓度下均表现出Cd低积累特性。在成都平原区和川南丘陵区大田试验中,30份小麦材料籽粒Cd含量变化范围分别为0.07~0.94 mg·kg^-1和0.23~0.69 mg·kg^-1,且在材料间与不同试验地点间差异均明显;聚类分析发现,有8份材料（30389、77782、良麦2号、12N551、济麦22、蜀麦375、中梁22、绵麦37）在不同试验地点均呈现籽粒Cd低积累特性。综合盆栽试验和大田试验结果,筛选到4份稳定的籽粒Cd低积累型小麦材料（30389、77782、中梁22和绵麦37）,可用于中轻度Cd污染农田的安全生产。     

不同水平Cd胁迫下低累积Cd水稻品种筛选

通过盆栽试验,研究了10个水稻品种在不同水平Cd胁迫下稻米对Cd的吸收累积情况。结果表明,水稻对Cd具有很强的吸收累积能力,但不同品种对Cd的吸收存在显著差异,相同条件下不同水稻品种稻米的Cd最高与最低含量差异值高达7.36 mg/kg;通过测定叶绿素相对含量（SPAD值）发现,随着添加的外源Cd浓度增加,水稻SPAD值呈现出先增加后减少的趋势,说明低浓度Cd可促使水稻生长,高浓度Cd则会抑制其生长;经聚类分析筛选出1个低累积Cd水稻品种——F优498,其稻米Cd含量仅为0.15 mg/kg（不添加外源Cd条件下）,低于国家食品卫生安全标准规定的限定值（0.20 mg/kg）。相关性研究发现,水稻普遍对土壤Cd有良好的吸收作用,稻米会随着土壤Cd含量的增加大量累积Cd,因此,筛选得到的Cd低累积水稻品种也只适合栽种于无污染或Cd轻度污染区域。