镉胁迫对不同基因型玉米生长和镉吸收分配的影响

为比较玉米不同类型及其基因型对重金属镉富集特性的差异,筛选出具有镉(Cd)低积累潜力的玉米品种,通过盆栽模拟试验,研究3种玉米类型(普通玉米、甜性玉米和糯性玉米)的6个基因型(掖单13、郑单-958、苏玉糯-2、沪玉糯-2、金珠蜜超甜和申甜-1)在镉中度污染胁迫(3 mg·kg^-1)与轻度污染胁迫(1 mg·kg^-1)下植株生长及镉吸收分配特征。结果表明,轻度镉胁迫(Cd1)能够促进所有玉米基因型的生长,而中度镉胁迫(Cd3)降低了掖单-13、苏玉糯-2和沪玉糯-2基因型的生物量,同一镉水平下植株的生物量表现为普通玉米>甜玉米>糯玉米。随着土壤镉含量的提高,镉在普通玉米基因型根中的分配量大于甜型玉米和糯型玉米,但同一镉水平下普通玉米茎、叶和籽粒中的镉含量显著低于甜性玉米和糯性玉米。参试6个玉米基因型中普通玉米郑单-958基因型对镉的生物富集和转运能力最小。依据我国食品中污染物限量标准(GB2762-2017)和饲料卫生标准(GB13078-2017),郑单-958基因型在土壤轻度镉污染(Cd1)下籽粒中镉含量为0.083 mg·kg^-1,未超过国家食品安全标准(≤0.1 mg·kg^-1),2个普通玉米基因型和2个甜玉米基因型籽粒中的镉含量在土壤中度(Cd3)、轻度(Cd1)镉污染下均未超过国家饲料卫生标准(≤0.5 mg·kg^-1)。本研究结果为中、轻度镉污染耕地进行玉米安全生产提供了理论依据。     

铅胁迫对向日葵幼苗矿质元素吸收和积累的影响

以不同浓度铅胁迫的向日葵整株幼苗为试验材料,用火焰原子吸收光谱法测定3个不同基因型向日葵中大量元素(K、Ca、Na、Mg)和微量元素(Fe、Mn、Cu、Zn)的含量。结果表明:不同浓度铅胁迫下3个基因型植株中的矿质元素累积量有明显的不同。首先,相同浓度铅胁迫下不同基因型向日葵幼苗对矿质元素吸收和积累的表现不同;其次,不同浓度铅胁迫下相同基因型向日葵幼苗对矿质元素的吸收和积累存在显著的差异(Cu、Zn元素除外)。     

有机酸和磷对两种污染土壤铅的释放作用研究

用土壤培养和化学浸提法研究了不同低分子量有机酸和磷对污染土壤中铅释放的影响。结果表明,随有机酸浓度增加,铅污染红壤、棕壤中可溶出铅量均增加。当供试有机酸浓度≥1mmol·L-1时,相同浓度有机酸溶出铅量为柠檬酸〉乙酸〉草酸;当有机酸浓度≤0.5mmol·L-1时,溶出铅量为草酸〉柠檬酸〉乙酸。将2g·kg-1磷及50mmol·kg-1有机酸与铅污染红壤以不同方式混合后,柠檬酸处理的溶出铅比率（在污染土壤中加入P、有机酸后溶出铅含量与单加有机酸溶出铅含量之比）为66%（先加有机酸再加磷）、58%（有机酸与磷同时加入）、70%（先加磷再加有机酸）,草酸处理（方式同上）的溶出铅比率为90%、89%、94%,乙酸处理（方式同上）的为10%、8%、10%。铅污染棕壤上,以上处理的溶出铅比率分别为106.46%、104.43%、105.19%（柠檬酸）;43%、48%、58%（草酸）;38%、42%、55%（乙酸）。供试条件下,红壤最低溶出铅比率低于棕壤。     

铅胁迫对不同叶菜生长及铅吸收的影响

为探明铅对不同叶菜的影响差异,通过铅污染土壤的盆栽试验,研究了21种叶菜的铅吸收差异和生物量变化。结果表明,铅胁迫对叶菜生长大部分表现抑制作用,但也有少数表现促进作用。叶菜地上部、地下部铅含量表现为随土壤铅含量的增加而显著增加（P〈0.05）,且地上部〈地下部。不同科叶菜间地上部铅含量差异显著（P〈0.05）,且十字花科〈菊科〈伞形科;地下部铅含量差异不显著（P〉0.05）。综合叶菜地上部铅含量和生物量抑制率把供试21种叶菜分为4类,矮脚80天特青菜心、碧绿粗苔菜心、竹芥菜和菠菜这4种叶菜生物量不受Pb胁迫的影响,且铅含量低,是铅轻中度污染土壤中种植安全系数较高的菜种,芫荽、黄心芹菜、白尖叶苋菜和柳叶空心菜属于高吸收铅的叶菜,花芽甜麦菜属于生长影响敏感型叶菜。     

胁迫和对照条件下水稻品种铅积累的差异

为选育籽粒中对Pb低积累或低吸收水稻品种提供依据,本研究采用盆栽试验方法,比较了不同类型水稻品种及植株不同部位在胁迫和对照条件下对Pb的吸收积累特性。结果表明,供试品种不同部位中Pb含量的变异系数较高,变幅在18.34%～35.57%。不同部位中Pb的含量差异明显,根系对Pb具有较强的积累能力。胁迫条件下,根系中Pb的平均含量为287.616mg·kg^-1,约是茎叶和糙米含量的58倍和1267倍;对照条件下,根系中Pb的平均含量为9.078mg·kg^-1,约是茎叶和糙米含量的3倍和50倍;胁迫条件下根系中Pb的含量是对照的36.34倍,而茎叶和糙米分别是对照的1.65倍和1.36倍。不同品种对Pb的积累能力存在显著差异,同一品种在胁迫与对照条件下对Pb的含量也存在明显差异,其中,宁54146对Pb胁迫较敏感。相关分析表明,对照和胁迫条件下,植株不同部位中Pb的含量均不存在相关性。     

Pb胁迫对欧美杂交杨（Populus deltoides×Populus nigra）生物量分配格局及其Pb富集特性的影响

采用速生树种修复重金属污染土壤的方法近年来受到越来越多关注,但已有结果存在很大不确定性。为了解杨树在不同Pb胁迫条件下生长响应和Pb富集效果,以长江上游两种典型土壤（酸性紫色土和钙质紫色土）为栽培介质,采用盆栽试验方法,研究了不同Ph浓度处理下（CK：0mg·kg^-1;T1：200mg·kg^-1;T2：450mg·kg^-1;T3：2000mg·kg^-1）欧美杂交杨（Populusdeltoides×Populusnigra）生物量生产与分配格局以及Pb吸收、富集特性。两种土壤条件下杨树各器官生物量及总生物量均表现出随Pb胁迫程度的增加而降低的趋势,Pb胁迫条件下杨树生物量分配格局在钙质紫色土中表现为茎〉粗根〉叶〉细根。相同浓度Pb处理条件下,单株杨树总生物量均表现为钙质紫色土大于酸性紫色土。随着Pb处理浓度的增大,杨树各器官Ph含量及积累量显著增加。Pb胁迫使杨树对Ph的富集系数逐渐增大而耐性系数逐渐减小。们处理条件下杨树对Pb的富集系数在酸性紫色土中较大,且各处理条件下杨树对Pb的耐性系数均为酸性紫色土中较大。这些结果表明,高浓度Pb胁迫条件下酸性紫色土中的欧美杂交杨表现出较好的吸收和富集Pb的特性,这为Pb污染土壤的生物修复提供了一定的科学依据。     

夜间增温对小麦吸持铅素的影响

当前非对称气候变暖及部分农业土壤铅富集潜在影响我国小麦生产,揭示夜间增温对小麦吸持铅素及其分配的影响有助于确保粮食安全生产。利用田间被动式夜间增温系统设置不同铅浓度客土盆栽试验,研究小麦产量与地上部组织的生物量、铅含量与积累量、铅富集系数和迁移系数随温度变化的响应。结果表明,夜间增温显著增加小麦产量8.3%,却显著降低茎叶和地上部总干重;铅污染表现为负效应且随污染程度增加而加大。夜间增温显著降低地上部植株、籽粒与颖壳中铅含量,但对茎、叶中铅含量影响不大;分别显著降低籽粒中铅积累量7.6%(轻度污染)和6.8%(重度污染)、颖壳中铅积累量12.0%(无污染)和13.9%(重度污染)和全部污染处理下小麦地上部(14.0%~23.3%)、茎(22.5%~24.9%)、叶(17.9%~31.8%)中铅积累量。夜间增温显著降低无污染处理铅在茎、叶、籽粒和颖壳中的富集系数和轻污染处理铅在茎、籽粒和颖壳中的富集系数,但未显著影响重度污染处理铅在各器官中的富集系统。增温显著降低了全部污染处理中由茎向籽粒、颖壳转移的铅迁移系数。夜间增温有利于小麦生产且能降低铅胁迫农田粮食遭受铅污染的潜在风险。     

重金属铅镉对玉米生长及土壤微生物的影响

采用温室盆栽土培方法,研究了土壤中不同浓度重金属铅（Pb,0-800 mg.kg^-1）、镉（Cd,0-50 mg.kg^-1）单一及其复合处理对玉米（Zea mays L.）生长及土壤微生物（细菌、放线菌、真菌）数量的影响。结果表明,在重金属Pb、Cd单一及其复合处理下,玉米的株高、干重均低于对照,重金属Pb、Cd处理对玉米的生长存在负面影响。重金属Pb、Cd单一处理抑制细菌、真菌的生长,中低浓度Pb（≤300 mg.kg^-1）、Cd（≤10 mg.kg^-1）单一处理促进放线菌数量的增加,高浓度（Pb≥800 mg.kg^-1、Cd≥50 mg.kg^-1）则呈现抑制效应;Pb、Cd复合在高中低浓度下都抑制土壤微生物生长,减少微生物数量。玉米株高同土壤微生物之间相关性不显著;玉米干重同土壤细菌、真菌显著相关,同土壤放线菌之间相关性不显著。     

4种草本植物对酸性黄壤中铅的吸收特性研究

研究4种草本植物（黑麦草、狗牙根、早熟禾、翦股颖）对重金属铅的吸收积累规律,为生态环境建设提供科学依据。采用盆栽试验,分别测定地上部与根部铅含量,计算地上部铅含量/根系铅含量（S/R）,根系耐性指数,富集系数4个指标。4种植物地上部和根系中的铅含量与土壤中铅含量呈显著的正相关,相关系数都大于0.90;综合4个指标,对铅的抗性相对顺序为翦股颖〉黑麦草〉早熟禾〉狗牙根。在较高铅离子浓度处理下,4种植物外观没有表现出明显的胁迫现象,特别是黑麦草和翦股颖在重金属Pb含量高达3000 mg/kg的污染土壤上,能够忍耐并正常生长,更适合于Pb污染土壤的修复。     

青霉菌对桃树铅胁迫的缓解效应

为了解青霉菌对植物吸收重金属元素铅的影响,把从土壤里分离到的具有铅富集能力的青霉菌（Penicillium Inordinate Arenicolasp.）接种到铅污染不同程度的土壤里,采用盆栽的方法观察这个菌株对毛桃（Prunuspersica L.Batsch）和大久保桃（Prunuspersica L.Batschcv.Okubao）铅胁迫的缓解效应。结果表明：（1）在接种青霉菌的土壤里生长的毛桃和大久保桃的根、茎、叶中铅累积量均比未接种青霉菌的低,茎叶中铅的分配率比未接种青霉菌的低;（2）接种青霉菌相对增加桃苗株高、叶绿素含量、硝酸还原酶及超氧化物歧化酶活性,降低叶片的细胞膜透性;随着土壤中铅胁迫强度的增加,接种青霉菌对增加桃树株高及改善叶片生理特性的效应递减;（3）两个桃树品种的上述生理性状受铅胁迫的影响及青霉菌的缓解效应存在品种间差异。     

单一及复合污染下铅铜在玉米幼苗体内积累与迁移的动态变化

采用光照培养箱培养及原子吸收分光光度法,研究了不同浓度（10～100mg·L-1）Cu2＋、Pb2＋单一及复合污染后玉米幼苗体内各器官中积累与迁移的动态变化规律。结果表明,在单一污染条件下,Cu2＋、Pb2＋在玉米体内的积累量与重金属处理浓度和处理时间呈正相关,分布顺序为根〉茎〉叶,积累量为Pb2＋〉Cu2＋,根茎间迁移率随着处理浓度增高逐渐减小,茎叶间迁移率变化规律为先减小后增大;复合污染后,随着处理浓度和处理时间的增加,Cu2＋、Pb2＋在玉米体内的积累量逐渐增大,其中（100＋100）mg·L-1浓度下30d处理时积累量达到最大值,Cu2＋、Pb2＋在玉米各器官中的分布规律为根〉茎〉叶,积累能力为Pb2＋〉Cu2＋,根茎间的迁移率表现为在10～20d时随浓度增高逐渐上升,30d时逐渐下降,而茎叶间的迁移率则表现为随处理浓度的增加先升高后降低。Cu2＋、Pb2＋复合污染后玉米体内Cu2＋、Pb2＋的含量均大于单一处理,Cu2＋、Pb2＋复合处理具有协同效应。实验结果也证明玉米是一种易富集Cu2＋、Pb2＋的作物。     

不同基因型番茄幼苗对镉胁迫的生理响应及镉吸收差异

采用盆栽试验,通过研究不同浓度镉（1、5、10mg·kg-1）胁迫下4种基因型番茄圣粉1号、东圣1号、农城906和宝冠1号幼苗地上部及根部生物量、镉吸收量、活性氧含量（ROS）及其他生理指标,筛选出镉低积累基因型番茄品种。结果表明,不同基因型番茄对镉胁迫响应存在差异。随镉处理浓度增加,4个品种番茄幼苗地上部生物量显著下降（P〈0.05）。地上部Cd吸收量呈增加趋势,在中浓度（5mg·kg-1）镉处理下达到峰值,品种间为宝冠1号〉圣粉1号、农城906〉东圣1号。4个品种番茄幼苗Cd转移率随镉处理浓度增加显著降低,其中东圣1号Cd转移率较低,根部Cd滞留较多,向地上部转移较少。4个品种番茄幼苗生理活性存在差异,宝冠1号番茄幼苗ROS含量及抗氧化酶（POD,CAT）活性随镉处理浓度增加变化幅度较大,东圣1号变化幅度相对较小。综合各项指标,4个基因型番茄中东圣1号为镉低积累品种。     

改良剂对烟草吸收土壤中镉铅影响的研究

采用盆栽试验，研究3种改良刺对减少烟草吸收土壤重金属的效应。烟草生长在外源添加重金属达Pb300mg kg^-1和Cd 0.1mg kg^-1的污染土壤上，通过添加3种土壤改良剂，测定分析烟草在不同生长时期不同部位的生物量及重金属含量，探讨3种改良剂埘减少烟草吸收土壤重金属的效果。结果表明：Pb的转移系数小于Cd，说明这两种重金属在烟草体内的迁移能力是Cd〉Pb；与对照处理相比，所有修复剂处理的土壤重金属残留量较多；3种改良剂均在不同程度上减少了烟草不同部位重金属（Cd和Pb）的含量，且增加了烟草的生物量，都起到了一定的改良效果，本试验得到改良剂优劣顺序为：凹凸棒土〉骨粉〉活性炭。     

水稻土镉污染与水稻镉含量相关性研究

采用盆栽试验的方法,考察了水稻土中重金属镉（Cd）的浓度对水稻生长及Cd富集的影响以及Cd在水稻植株的分布情况,并进一步研究了糙米（可食部位）对Cd的富集量与土壤中Cd总量的关系。结果表明,在各个浓度Cd胁迫下,根、茎叶、稻壳、糙米相比,2个品种水稻都是根累积的Cd含量要高于茎叶和稻壳、糙米,即根〉茎叶〉稻壳〉糙米;在水稻的茎叶细胞中,Cd主要分布在细胞壁,细胞可溶性成分,细胞器Cd的分布量较少,即细胞壁〉可溶性部分〉细胞器及膜部分;随Cd浓度增加,茎叶中的Cd积累量极显著增加,各细胞组分中的Cd含量均显著增加;根据国标GB 2762—2005对大米中Cd的限量标准（≤0.2 mg.kg^-1）,水稻土土壤总Cd临界值分别为2.0 mg.kg^-（1博优225）、3.1 mg.kg^-（1矮糯）。因此,在污染土壤上宜选种食用部位重金属积累低的水稻品种,以减少人类吸收重金属的风险。     

烟草对土壤铅的吸收、转运及分配特征

采用室外盆栽试验方法,开展烟草不同生育期铅吸收转运及分配特征的研究。结果表明：土壤铅处理对烟草生长有较明显的抑制作用,且生育前期比生育后期更明显;烟草根系对铅的阻滞作用较强,以限制铅由根系向地上部运输。烟草各生育期根、茎和叶中铅含量均随土壤铅浓度的增加而升高,其中根部的上升幅度最大,随着生育期的推进,烟草各器官铅含量从团棵期至现蕾期呈现先降低后升高的趋势,根部铅含量从现蕾期至成熟期呈现下降趋势。土壤添加外源铅后,烟草生育期内茎和叶的铅转运系数分别介于0．35—1．00和0．25～0．91之间,茎和叶的转运系数随着铅浓度的增加和生育期的推进呈下降趋势。烟草各器官中铅含量介于13．8～180．74mg·kg^-1之间,各器官铅含量的分布规律为根〉茎〉叶,各器官铅积累量总体为叶〉根〉茎,但成熟期在T2和T3处理下表现为根〉叶〉茎。在土壤铅浓度较低时,烟草体内铅较易向地上部分转运,旺长期至现蕾期阶段是烟草体内铅向地上部分转运的关键时期。     

镉胁迫对玉米光合特性的影响

在模拟光条件下,通过盆栽试验研究了外源镉胁迫对盆栽玉米光合特性的影响。结果表明,高浓度镉（100 mg·kg^-1）胁迫下玉米叶片叶绿素a、b及总叶绿素c含量明显减少,分别比对照CK下降了65.32%、54.95%、62.57%。镉浓度1、5、15、50 mg·kg^-1处理下叶片的叶绿素含量下降得少,Cha/Chb的比值降低较少。镉浓度15、50、100 mg·kg^-1胁迫下导致玉米叶片光合速率下降,光补偿点提高,光饱和点和表观量子效率降低,暗呼吸速率升高,较低浓度镉胁迫（1、5 mg·kg^-1）则提高光补偿点、光饱和点和表观量子效率,降低暗呼吸速率。     

姜花在Cu胁迫下的耐性机理研究

采用模拟湿地盆栽试验,研究了姜花在Cu胁迫下的积累、分布、化学形态和富集能力。结果表明：（1）姜花对Cu的积累能力随Cu处理浓度的增加而增大,但各部位对Cu的积累具有明显的差异性。当Cu处理浓度≤150mg·kg。时,其积累能力表现为根〉叶〉茎;当Cu处理浓度≥200mg·kg。时,其积累能力表现为叶〉根〉茎。（2）Cu在姜花叶片细胞中的分布具有选择性,其主要分布位点为细胞可溶性部分和细胞壁部分,而在细胞器中Cu的含量较低。（3）Cu在姜花根、茎和叶中赋存的化学形态有明显差异。在根部,Cu的化学形态主要以乙醇提取态和水提取态为主;在茎部,Cu均以氯化钠提取态为主;而叶部Cu主要以活性较低的氯化钠提取态、醋酸提取态和盐酸提取态存在。（4）姜花对Cu具有一定的富集能力,但富集能力不强,当Cu浓度达到400mg·kg^-1以上时,姜花植株便出现了较明显的毒害症状并随之死亡,因而姜花尚未达到超富集植物的标准。可见,姜花在Cu胁迫下具有一定的耐受性,分布选择性和富集能力,将其运用于湿地Cu污染修复中,将极大地缓解重金属Cu污染给环境带来的压力。     

不同镉处理对两种生态型水蜈蚣镉富集特性的影响

采用室内盆栽试验,研究了在不同浓度cd处理下,两种生态型水蜈蚣的生长和对cd的吸收和富集特性。结果表明：（1）在2mg·kg^-1Cd处理时,Cd对两种生态型水蜈蚣生物量的影响较小。之后随着cd处理浓度的增加,两种生态型水蜈蚣生物量均呈降低的趋势,且差异显著。在200mg·kg^-1Cd处理时,矿山生态型水蜈蚣死亡,而非矿山生态型仍能维持一定生长,表现出较强的cd耐性。（2）在高浓度cd处理下,非矿山生态型水蜈蚣比矿山生态型具有更强的Cd富集能力。在2、10、50mg·kg^-1Cd处理时,两种生态型水蜈蚣Cd含量和积累量均呈增加的趋势。在200mg·kg^-1Cd处理时,非矿山生态型水蜈蚣地上部和地下部Cd含量分别达到498．66mg·kg^-1和1016．09mg·kg^-1,积累量分别为86．00μg·pot^-1和123．82μg·pot^-1,具有较强的cd富集能力。（3）在不同浓度Cd处理下,两种生态型水蜈蚣地上部富集系数均大于1,表现出较强的cd富集能力;矿山生态型水蜈蚣转移系数最大值为0．55,非矿山生态型为0．53。两种生态型水蜈蚣对cd均有一定的富集特性,而在高浓度Cd处理时非矿山生态型水蜈蚣的cd富集能力更强。     

低磷胁迫下不同磷效率玉米某些特性的基因型差异

以2个磷高效玉米基因型6112、6060和2个磷低效玉米基因型6105、6128为材料进行试验,研究了低磷胁迫下不同磷效率玉米基因型生物学指数、根系分泌物指数、叶片活性氧清除酶活性(SOD、CAT)和叶片丙二醛LP/P的差异,其结果是:磷高效基因型的生物学指数、根系分泌物指数和叶片活性氧清除酶活性比磷低效基因型高,而叶片丙二醛LP/P比磷低效基因型低。表明磷高效基因型比磷低效基因型具有较强的低磷忍耐能力、分解吸收磷能力、活性氧清除能力和自我修复能力。     

铜污染胁迫条件下农田土壤酶活性及微生物多样性对大气CO2浓度升高的响应

在开放式大气CO2浓度升高平台上（Free-Air CO2 Enrichment,简称FACE）,采用盆栽实验,研究了不同浓度Cu污染胁迫条件下,稻麦轮作土壤中土壤酶活性及土壤微生物多样性对大气CO2浓度升高的响应。结果表明,大气CO2浓度升高显著诱导了清洁土壤中蛋白酶、脲酶、尿酸酶活性以及微生物多样性;正常大气和大气CO2浓度升高条件下,3种酶活性都随着土壤Cu污染胁迫的增加而逐渐降低;低浓度Cu污染胁迫条件下（50 mg.kg^-1）,FACE圈中的土壤脲酶和蛋白酶活性显著高于正常大气（Ambience）圈,尿酸酶活性无显著变化;高浓度Cu污染胁迫条件下（400 mg.kg^-1）,土壤脲酶与蛋白酶活性无显著变化,尿酸酶活性则显著降低,其原因可能与不同酶系对铜污染胁迫的敏感差异性以及大气CO2浓度升高对土壤中铜的活化作用有关。与清洁土壤相比,低浓度Cu污染（50 mg.kg^-1）对微生物生长具有一定的刺激作用,Ambience圈和FACE圈土壤微生物多样性都有所增加,FACE圈中这种现象更为明显;高浓度Cu污染胁迫（400 mg.kg^-1）对土壤微生物表现出了明显的毒害作用,微生物多样性有所降低,但在FACE圈中土壤微生物多样性的降低程度要低于Ambience圈,其影响机制有待进一步研究。