Pb2+胁迫下黑麦草对外源有机酸的响应机制

为探讨根系分泌有机酸对植株吸收富集Pb2+的影响,土壤Pb2+含量为500mg/kg的条件下,设计外源有机酸类型为草酸、冰乙酸、丙二酸、酒石酸和苹果酸,其浓度均为1,3,5,6,7mmol/kg。在模拟日光温室中采用盆栽根袋法对黑麦草生长发育指标,根际与非根际土壤理化性质及黑麦草吸收富集效果进行分析。研究得出,外源有机酸能够在一定程度上促进黑麦草地上部分和根系干物质量的增加,黑麦草根系对Pb2+的吸收富集效果大于地上部分,有机酸的加入活化了土壤中的Pb2+,促进了植株对Pb2+的吸收富集。黑麦草根际土壤pH、Eh值和Pb2+残留量均小于非根际。酒石酸、苹果酸和丙二酸既不影响黑麦草植株生长,又可有效增加其对Pb2+的吸收富集,主要是增加地上部分对Pb2+的吸收富集;冰乙酸可显著活化土壤中的Pb2+。     

Zn胁迫对黑麦草幼苗生长、生理生化及Zn吸收的影响

采用营养液培养法，研究了不同Zn浓度(0，0.25，0.50，1.00，2.00 mmol/L)对黑麦草幼苗生长、过氧化物酶活性、脯氨酸、根系活力及Zn吸收的影响。结果表明，低锌胁迫对黑麦草幼苗生长无抑制，过度锌胁迫(Zn≥2 mmol/L)将降低黑麦草地上部干质量。幼苗叶内游离脯氨酸含量随锌胁迫时间、锌浓度增加而增加。随Zn胁迫时间增加幼苗POD活性先降后升、根系活力先升后降，锌处理的植株地上部POD活性随锌浓度增加先降低，然后增加，而根系活力随锌浓度增加而增加。黑麦草幼苗地上部和根系Zn含量随Zn浓度的增加而增加，当Zn浓度为2.00 mmol/L时，地上部Zn含量最大值为775.0 mg/kg。     

黑麦草生长及根系形态对土壤Cd，Pb与石油污染的响应

[目的] 研究不同污染条件下黑麦草生理指标的动态变化,为植物修复污染土壤提供初步理论基础。[方法] 通过室内试验模拟不同类型的土壤污染。设置4个处理,未污染土壤+黑麦草（SH）、重金属污染土壤（500 mg/kg Pb²⁺和50 mg/kg Cd²⁺）+黑麦草（SGH）、石油污染土壤（1 000 mg/kg石油）+黑麦草（SPH）、石油和重金属复合污染土壤（500 mg/kg Pb²⁺,50 mg/kg Cd²⁺和1 000 mg/kg石油）+黑麦草（SPGH）,采用WINRHIZO根系分析系统测量根系形态指标,用分光光度计测量叶片色素指标,研究不同类型土壤污染对黑麦草生长的影响。[结果] 3种不同类型的污染土壤均不同程度地刺激了黑麦草根系的生长。与未污染处理相比,在20 d时,石油重金属复合处理下的黑麦草根系的根长、根表面积、根体积、根直径分别增加了88.10%,148.60%,221.90%,32.20%。与未污染相比,随着培养时间的增加各污染处理的地下生物量呈现出先增加后减少的趋势,地上生物量均低于未污染处理,且在第10,40,80 d时,复合污染处理的地上生物量最小,较未污染处理分别降低了34.68%,45.42%,58.05%。80 d时,重金属污染处理、石油污染处理和石油重金属复合污染处理的黑麦草叶绿素含量显著低于未污染处理,分别降低了26.84%,44.82%和47.02%。[结论] 不同污染物都可以促进黑麦草根系形态发育,降低黑麦草的生物量及色素含量;石油重金属复合处理对黑麦草的生长影响最大,石油污染处理次之。基于不同污染物对黑麦草根系形态及生长影响的差异,在今后植物修复土壤污染过程中,可添加一些生长调节物质来缓解污染对植物的毒害作用,提高植物生物量及增强相关生理功能,提升污染土壤修复效果。     

外源有机酸对美人蕉耐性和Cr吸收、迁移的影响

采用营养液培养试验,研究外源有机酸(柠檬酸、草酸和酒石酸)对Cr污染水体中美人蕉(Canna indicaL.)的耐性、对Cr的吸收和迁移能力的影响。结果表明,各有机酸均不同程度地增强了美人蕉的耐性,促进Cr吸收和向地上部迁移。不同有机酸和同种有机酸不同浓度(4,8,16 mmol/L)的影响效果不尽相同。就耐性特征而言,16 mmol/L的草酸能够明显提高美人蕉生物量和促进根系生长,其影响效果要大于柠檬酸和酒石酸;就Cr吸收和迁移特性而言,影响大小为柠檬酸>酒石酸>草酸,尤以16 mmol/L的柠檬酸效果最为显著,而酒石酸和草酸分别在8 mmol/L,16 mmol/L时最利于Cr的吸收和迁移。因此,在本试验条件下16 mmol/L的柠檬酸较适合Cr污染水体的植物修复。     

铝胁迫下黑麦根尖分泌有机酸和钾离子的研究

采用药理学研究方法,研究了几种抑制剂和脱落酸对铝诱导黑麦根尖分泌有机酸和钾离子的影响。结果表明,在铝(100、200、300μmol/L AlCl3)胁迫下,根尖分泌柠檬酸、苹果酸和钾离子,且随着铝处理浓度的增加其分泌量显著增加。阴离子通道抑制剂苯甲酰甲醛(0.1、0.2 mmol/L)抑制根尖在铝(200μmol/L AlCl3)胁迫下分泌有机酸的同时,也抑制根尖分泌钾离子;钾离子通道抑制剂四乙基铵(20、40 mmol/L)和铯(10、20 mmol/L CsCl)在抑制根尖分泌钾离子的同时,也抑制铝诱导的有机酸分泌。25、50μmol/L的ABA处理后,铝诱导的有机酸分泌和钾离子的分泌均显著增加。但是,铝诱导的有机酸分泌在受到阴离子通道抑制剂尼氟灭酸(0.4、0.8 mmol/L)处理抑制后,钾离子的分泌并不减少;铝胁迫下根尖分泌的钾离子在ATP酶抑制剂钒酸钠(0.25、0.50、2.00 mmol/L)处理后受阻的同时,有机酸的分泌却显著增加。这些结果说明,钾离子是铝诱导黑麦根尖分泌有机酸的陪伴离子,而并非有机酸分泌的调控因子。     

黑麦品种间耐铝差异性机制研究

采用室内模拟方法,研究了铝诱导黑麦根系分泌有机酸、根尖磷对铝的固定作用。结果表明,在铝胁迫下冬牧品种（Win）相对根伸长率高于King品种。在铝胁迫下,经磷预处理的根尖铝和磷含量增加,且以Win品种根尖中的Al、P含量较高,说明根尖磷对铝的固定是黑麦耐铝机制之一。另一方面,在铝胁迫下,两品种根系均分泌柠檬酸和苹果酸,且Win的分泌速率较高。有机酸的分泌随着铝处理浓度（10、30、50 mol/L）和时间（0.5、3、6、9、12 h）的增加而增加,但在低温（4C）下柠檬酸分泌量显著减少。Al处理0.5 h后苹果酸已明显分泌,而柠檬酸的分泌在铝处理6 h后才明显增加。在铝处理前,进行缺磷预处理（3 d）不能增加有机酸的分泌,10 mol/L的La3+、Cu2+、Ni3+也不能诱导根系分泌有机酸。说明铝诱导根系专一性分泌有机酸也是黑麦品种间耐铝性差异的机制。     

EDTA与GA_3强化黑麦草修复Cd污染土壤及其解毒机制

采用盆栽土培方法研究生长调节剂GA3和重金属螯合剂EDTA强化黑麦草修复Cd外源浓度分别为50mg/kg和100mg/kg的污染土壤以及黑麦草对Cd的解毒机制。结果表明:EDTA单独作用可提高黑麦草体内Cd含量和Cd在细胞可溶组分和细胞器组分中的比例,以及Cd在地上部分的移动性,Cd对植物的毒害作用也随之增强,导致植物生物量大大降低(P0.05)。叶面喷洒GA3可促进黑麦草的生长和对Cd的富集,其中10μmol/L GA3效果最显著。GA3可促进细胞壁对Cd的沉积作用,降低Cd在地上部分的移动性,从而增强植物对重金属的耐性。GA3和EDTA的联合使用表明GA3和EDTA可协同促进黑麦草对Cd的提取和富集,10μmol/L GA3+EDTA联合作用效果最佳,GA3可在一定程度上缓解EDTA和Cd对植物的伤害。因此,10μmol/L GA3+EDTA处理对强化黑麦草修复Cd污染土壤效果最显著,可作为实际植物修复的强化措施。     

化肥有机肥配施对油菜营养生长期根系分泌物的影响

探讨油菜营养生长期根系分泌有机酸和氨基酸对不同施肥处理的响应,为油菜安全高效生产提供理论依据。盆栽试验设置5 个化肥有机肥不同配施比例,分析油菜根系和地上部的干重及其根系分泌的有机酸和氨基酸的种类和含量。研究结果表明,油菜根系分泌有机酸以丙二酸、乙酸和柠檬酸为主,其中丙二酸和乙酸受施肥影响最为显著,有机肥配施显著降低二者分泌量。与单施化肥相比,有机肥配施显著减少了油菜根系分泌有机酸总量,并不同程度降低了地上部和根系生物量。化肥有机肥配施比例为1∶3 时有机酸总量降低最明显,但生物量与单施化肥无明显差异。油菜根系分泌氨基酸以谷氨酸和γ- 氨基丁酸为主,不同配施比例对油菜根系分泌35 种氨基酸种类的影响不大,但对氨基酸分泌总量影响显著。随有机肥配比的增加,氨基酸总量呈现先减少后增加的趋势。根系干重与有机酸分泌总量呈极显著正相关关系,但与氨基酸分泌总量无关,后者与土壤可溶性有机碳含量和细菌数量显著相关。油菜根系分泌有机酸和氨基酸所起的生态作用可能不同,前者可能是植物受到养分胁迫时的应激反应,后者可能是为了增强土壤活性。化肥有机肥1∶3 配比为油菜生长提供最均衡养分,为油菜施肥管理提供参考。     

重金属富集植物黑麦草对Zn的响应

采用根袋土培试验研究了重金属Zn胁迫对黑麦草（Loliurn perenne L．）生长、抗氧化酶活性、游离脯氨酸含量、根系活力及锌积累的影响。结果表明，黑麦草对重金属锌有很强的抗性和耐性．即使在高锌下（16mmol Zn／kg）。黑麦草生长也未受到抑制。黑麦草地上部干重、根系千重在8mmol Zn／kg下达到最大值。分别较对照增加48．8％，52．2％;高锌处理（16mmol Zn／kg）的植株地上部千重也较对照增加11．2％。黑麦草POD活性随Zn胁迫增加，先下降，然后回升SOD活性则随锌胁迫增加而下降。随Zn胁迫增加，叶脯氨酸、根系活力先增加，然后下降。地上部、根系Zn含量随Zn胁迫增加而增加，最大值分别为746．5，521．0mg／kg DW（16mmol Zn／kg）。高锌处理下（≥4mmol／kg）Zn转运率（S／R）〉1．0。     

茶皂素作用下苎麻对镉污染土壤的修复效应

植物修复法是矿区废弃地最经济实惠、最行之有效的生态 修复方法,为寻找重金属超积累植物,选取苎麻(Boehmeria nivea)作为试验材料,通过盆栽试验,研究了在不同浓度茶皂素溶液处理下,苎麻对土壤中重金属镉(Cd)的富集能力和转移能力的差异,结果表明:苎麻对重金属Cd的吸收属于根部囤积型;茶皂素溶液浓度为2.5 mmol/L时, 苎麻各部位对重金属Cd的富集系数均达到最大值;茶皂素溶液浓度为0.1~2.5 mmol/L时,有利于重金属Cd在苎麻植株内的转移,转移系数随浓度增加呈上升趋势,在茶皂素溶液浓度为2.5 mmol/L 时转移系数达到最大值.     

铅胁迫下小花南芥与玉米间作对根系分泌物 有机酸的影响

为了揭示Pb胁迫对间作和单作的超累积植物和作物根系分泌低分子有机酸的影响,研究设置400 mg·L?1Pb胁迫,采用水培曝气法试验,以玉米和小花南芥单作为对照处理,研究Pb胁迫下玉米和小花南芥间作对植物根系形态、根系分泌有机酸及Pb吸收的影响。结果表明:与单作相比,间作小花南芥情况下,玉米根系分泌物检测到乳酸;玉米分根条数、根表面积和根密度与单作相比分别增加60%、15%和42%,地下部和地上部干重生物量分别增加108%和75%,玉米地下部Pb含量下降44%;与单作相比,间作玉米条件下,小花南芥根系分泌物检测到乙酸和乳酸,小花南芥根系分泌物量与单作相比增加103%~1 700%,小花南芥地下部和地上部Pb累积量分别比单作增加49%和75%,转运系数增加22%。相关分析结果表明,单作小花南芥只有地上部Pb累积量与草酸显著相关,而间作小花南芥地下部和地上部Pb累积量与草酸、柠檬酸和苹果酸显著相关。研究表明超富集植物小花南芥与玉米间作体系,根系分泌的有机酸改变了Pb在小花南芥和玉米体内的累积特征,促进超累积植物小花南芥累积Pb,减少农作物玉米植株体内Pb含量。Pb胁迫下超累积植物小花南芥与玉米间作是一种可行的修复模式。     

Lead Phytostabilization and Cationic Micronutrient Uptake by Maize as Influenced by Pb Levels and Application of Low Molecular Weight Organic Acids

ABSTRACT

Phytoremediation is a promising technique to clean up toxic heavy metals including lead (Pb). A greenhouse trial was conducted to evaluate the effectiveness of citric, succinic, malonic and oxalic acids on micronutrient uptake and phytoremediation of Pb contaminated soil by maize under different Pb levels. Mean root and shoot dry weights of maize decreased with increasing Pb levels. At the lowest Pb level, application of citric and oxalic acids caused increase effects on root and shoot dry weight, respectively, as compared to the absence of organic acid. As Pb levels increased, micronutrient uptake in maize shoot decreased. Among the studied organic acids, only the application of oxalic acid increased uptake of all micronutrients in maize shoot as compared to control at the lowest Pb level. Mean root and shoot Pb concentration and uptake and also uptake index noticeably increased at the highest Pb level. All tested acids increased Pb concentration and uptake in maize root. At the highest Pb level, organic acids, except for citric acid, significantly increased shoot Pb uptake and uptake index as compared to the absence of organic acid. Translocation factors less than 1, demonstrated that most of Pb taken up by maize accumulated in root as compared to shoot. According to results reported herein, application of malonic, succinic and oxalic acids is a good strategy to enhance phytostabilization potential of Pb by maize in pb-polluted soils.     

有机化合物和硝酸溶液对复合污染土壤中Cu、Zn、Pb释放的影响

研究了等浓度的不同有机酸、有机盐、人工螯合剂和不同浓度HNO3 溶液对复合污染土壤中Cu、Zn、Pb的浸提性及其潜在释放性。结果表明 :四种有机酸对铜的释放顺序为 :柠檬酸 >草酸 >酒石酸 >苹果酸 ,对锌的释放顺序为 :柠檬酸 >苹果酸 >草酸 >酒石酸 ,对铅的释放顺序为 :柠檬酸 >酒石酸 >苹果酸 >草酸 ;有机盐对这些金属的释放顺序较为一致 :EDTA >柠檬酸钠 >草酸钠 >酒石酸钾钠 (铅为酒石酸钾钠 >草酸钠 )。对这三种金属来说 ,铜是最易释放的元素 ,锌次之 ,铅最差。从释放特征来看 ,各种有机化合物对不同的金属表现不尽相同 ,人工螯合剂EDTA、柠檬酸钠、有机酸对铜 ,EDTA、酒石酸钾钠对铅 ,1molL-1HNO3 和0 .1molL-1HNO3 对铜、锌、铅等的释放速率较快 ;草酸钠对铜、锌 ,草酸对铅 ,0 .0 1molL-1HNO3 对铜、锌、铅等的释放速率较慢 ,其它释放剂的释放速率介于两者之间     

不同氮形态对铅胁迫下苏丹草根系形态及铅吸收富集特征的影响

为进一步研究富营养化水体中不同氮形态和重金属对修复植物的交互作用,通过水培试验研究了水体中不同形态氮培养对铅胁迫下苏丹草根系形态及其对铅吸收富集的影响。结果表明,水体Pb(0.5mmol/L)污染时,不同氮形态培养虽然对苏丹草根系形态有一定的影响,但没达到显著性差异,然而对苏丹草根系中丙二醛(MDA)含量及其各器官生物量的影响达显著差异(p<0.05),NH4—N营养液培养的苏丹草根系MDA含量比NO3—N,NO2—N营养液培养的分别高出了4.6和1.6倍;NO3—N营养液培养的苏丹草根、茎、叶生物量比NH4—N营养液培养的分别高出了28.7%,19.6%和23.9%,比NO2—N营养液培养的高出37.6%,30.9%和36.7%。水体Pb(0.5 mmol/L)污染时,NO3—N营养液培养的苏丹草根中Pb浓度明显比NH4—N营养液培养的高出2倍多,且其地下富集系数最大;NO2—N营养液培养的苏丹草茎中Pb浓度明显比NH4—N营养液培养的高出近8倍,且其对铅的转运能力影响作用最强。这表明受重金属污染的富营养化水体中如存在不同形态氮,在一定程度上还有利于削弱重金属对修复植物的毒性作用,增大水体对某些重金属的环境容量。     

不同pH下有机酸对针铁矿和膨润土吸附Cd2+、Pb2+的影响

用平衡吸附法研究了不同pH下,三种有机酸(乙酸、酒石酸和柠檬酸)对针铁矿和膨润土等温吸附Cd2 、Pb2 的影响。结果表明:在加入的Cd2 、Pb2 浓度分别小于0.2 mmol L-1和4.0 mmol L-1时,针铁矿和膨润土吸附平衡体系的pH随加入重金属浓度的增加而降低,膨润土体系的pH降低更明显。在有机酸作用下,pH对针铁矿和膨润土吸附Cd2 、Pb2 的影响差异显著。3酒石酸>乙酸,其对膨润土吸附的影响差异不明显。     

有机酸对针铁矿和膨润土吸附Cd2+、Pb2+的影响

用平衡吸附法研究了不同浓度的有机酸（乙酸、酒石酸和柠檬酸）对针铁矿和膨润土吸附Cd^2＋、Pb^2＋的影响。结果表明：（1）低浓度（〈0．6mmolL^-1）有机酸促进供试矿物吸附Cd^2＋和Pb^2＋，随着有机酸浓度增加，吸附逐渐被抑制。高浓度（〉1．0mmolL^-1）有机酸对Pb^2＋吸附的抑制作用比对Cd^2＋的强。有机酸浓度的变化对针铁矿Cd^2＋、Pb^2＋吸附率的影响大于对膨润土的。（2）不同Cd^2＋浓度下，有机酸对膨润土Cd^2＋吸附强度的影响大于针铁矿。加入高浓度Cd^2＋（8．0mmolL^-1）时，低浓度有机酸对膨润土吸附Cd^2＋的促进作用比加入低浓度Cd^2＋（0．4mmolL^-1）时明显，高浓度有机酸对膨润土吸附Cd^2＋的抑制作用与低浓度Cd^2＋时相近。（3）低浓度有机酸（〈0．6mmolL^-1）时，酒石酸、柠檬酸对针铁矿吸附Cd^2＋的促进作用大于乙酸，而它们对膨润土吸附Cd^2＋的促进作用相似；在三种有机酸高浓度（〉1．0mmol L^-1）时，针铁矿对Cd^2＋的吸附都趋于稳定，而柠檬酸对膨润土吸附Cd^2＋的抑制作用比乙酸和酒石酸的明显。不同种类有机酸下，矿物对Pb^2＋吸附率大小的变化基本一致。     

The effects of Fe deficiency on low molecular weight organic acid exudation and cadmium uptake by Solanum nigrum L.

Abstract

The influence of Fe-deficiency on the root exudation of low molecular weight organic acids (LMWOAs), pH alteration and cadmium (Cd) accumulation and translocation were investigated in morel (Solanum nigrum L.) in hydroponic culture experiments. Tartaric, citric, malic and acetic acids were monitored because these acids were abundant and often detected as root exudates. Results showed that Fe-deficient plants excreted large amounts of LMWOAs in comparison with Fe-sufficient plants across all Cd treatments (p <0.05). In both cases the concentrations of the four organic acids were tartaric > citric > malic > acetic. The results showed that the Fe-deficient plants with higher concentrations of LMWOAs accumulated more Cd (p <0.05) and induced a decrease in solution pH compared with the Fe-sufficient plants. Cadmium accumulation in the Fe-deficient and Fe-sufficient plants had significant positive correlations with the exudation of malic and acetic acids (p <0.05 and p<0.01). Cadmium accumulation in the Fe-sufficient plants had a significant (p<0.01) positive correlation with the exudation of tartaric acid, whereas there was a negative correlation (p<0.01) between Cd accumulation and the exudation of tartaric acid in the Fe-deficient plants. No significant correlation between the exudation of citric acid and Cd accumulation was obtained. Our results indicate that Fe-deficiency could induce Cd accumulation and translocation through an increase of LMWOAs exudation and pH alteration, both of which enhance Cd bioavailability.