不同品种燕麦对镉胁迫响应的差异性研究

利用实验室水培模拟试验,研究了轻度镉胁迫条件下10个燕麦品种生长及吸收积累镉的差异性。结果表明,经5μmol·L-1的镉处理后,供试燕麦品种的株高、根长、地上部与地下部生物量、叶绿素含量、类胡萝卜素含量均出现不同程度的下降,不同品种间存在明显的差异,有的甚至达到极显著水平;不同品种燕麦对镉的吸收与积累也存在明显差异;燕麦镉的吸收转运与耐性没有直接的联系。按照镉胁迫下燕麦耐镉性和镉含量的冠根比进行聚类分析,可将10个品种分为4类：①镉转运少且耐性强;②转运多但耐性强;③转运多且耐性弱;④转运较少但耐性弱。其中品5号地上部生长抑制率最小,并且镉含量、镉转运量较少,表现出较强的耐镉性,在轻度镉污染土壤上种植品5号有利于降低镉污染对人类健康的风险。     

钾肥对镉污染土壤大白菜品质的效应研究

为进一步阐明钾对镉污染土壤上大白菜的品质影响,通过盆栽试验研究了2种镉污染土壤不同钾肥用量对大白菜生长、生理特性和重金属含量的影响。结果表明,大白菜地上部及地下部鲜重在低镉胁迫下分别下降2.6%和19.8%,在高镉胁迫下分别下降7.1%和45.5%;低镉胁迫下,土壤增施钾肥后大白菜地上部鲜重提高0.3%~34.0%,地下部鲜重降低1.2%~7.4%;高镉胁迫下,增施钾肥后大白菜地上部鲜重无明显变化,地下部鲜重显著提高41.8%~87.3%。低镉胁迫大白菜叶片中叶绿素a、叶绿素b含量略有升高,增施钾肥后,叶绿素a含量显著升高,叶绿素b含量变化不大;高镉胁迫大白菜叶片中叶绿素各含量明显降低,增施钾肥后,叶绿素各含量变化不大。低镉胁迫大白菜叶片中抗氧化系统酶(CAT、SOD、POD)活性增强,高镉胁迫大白菜叶片中各抗氧化系统酶活性降低,2种镉污染土壤增施钾肥各种酶活性呈增强趋势。镉污染土壤增施钾肥能有效提高大白菜叶片中维生素C、还原糖的含量,并促进游离氨基酸转化为粗蛋白。镉胁迫大白菜叶片中重金属镉、砷含量显著升高,铅、铬、汞含量均有效降低。结果表明,镉污染土壤上增施钾肥能有效提高大白菜品质,特别是降低大白菜叶片中各种重金属的含量,低镉胁迫下最佳施钾浓度为200~400mg·kg-1,高镉胁迫下最佳施钾浓度为400~600 mg·kg-1。     

秸秆炭化后还田对不同镉污染农田土壤中镉生物有效性和赋存形态的影响

通过土壤培养试验和生物盆栽试验,研究不同镉污染土壤上作物秸秆炭化后还田对不同镉污染土壤中镉的赋存形态和生物有效性影响,结果表明：在碱性的镉污染土壤上,秸秆炭化后还田降低了玉米地上部生物量,但对玉米地上部镉含量和镉吸收量无显著影响;在酸性的模拟镉污染土壤上秸秆炭化后还田对玉米生长无影响,但还田含镉的油菜秸秆黑炭显著增加了玉米地上部镉含量和镉吸收量;还田不含镉的玉米秸秆黑炭对镉污染土壤中DTPA提取态镉含量没有明显影响,但还田含镉的油菜秸秆黑炭显著增加了镉污染土壤中DTPA提取态镉含量;施用含镉的油菜秸秆黑炭增加了镉污染土壤中水溶和交换态镉含量;施用玉米和油菜秸秆黑炭均显著降低了模拟镉污染土壤中水溶和交换态镉含量;增加了松有机结合态、碳酸盐结合态和紧有机结合态镉含量;模拟镉污染土壤施用玉米和油菜秸秆黑炭6个月后土壤中水溶和交换态镉仍然是土壤镉的主要赋存形态,水溶和交换态镉占土壤全镉的70%以上。综合以上结果可知,秸秆黑炭不能降低污染土壤中镉的生物有效性和植物对土壤镉的吸收量。     

低浓度镉对大白菜苗期生长及营养元素吸收积累的影响研究

在实验室用水培模拟轻度污染土壤,研究低浓度 Cd(5 1.μmol/L)对不同Cd耐性的4个大白菜品种苗期生长及营养元素吸收积累的影响.结果表明,低浓度Cd对耐性强的品种的生长有促进作用,对耐性差的品种的生长有抑制作用.5umol几Cd显著促进大白菜根系对S、Cu的吸收,分别增加22.0%～58.0%、45.9%～116.0%,但抑制S、Cu向地上部转运;大白菜地上部K、P、Ca、Mg、Mn、Zn含量受到Cd的较强抑制,且抑制程度存在品种差异.     

生物炭对不同镉污染土壤钝化效果和小白菜镉吸收的影响

目前生物炭用量对不同镉污染水平土壤的钝化效果缺乏进一步认识,利用外源添加试验研究了不同土壤镉污染水平、不同生物炭添加量对小白菜镉吸收和土壤镉有效性的影响。结果表明,添加生物炭能降低土壤有效态镉含量和小白菜地上部镉吸收量,且随着生物炭量的增加钝化效果更明显,其中以4%的生物炭添加量的效果最佳,小白菜地上部镉含量降低了55.9%～76.0%。生物炭添加提高土壤pH值,降低了土壤有效态镉含量2.4%～62.3%,其中较低镉水平土壤有效态镉含量降幅高于较高镉水平的土壤。     

不同镉积累类型小麦根际土壤低分子量有机酸与镉的生物积累

采用土壤培养方法研究低镉积累小麦烟 86103和高镉积累小麦莱州 953不同生育期土壤低分子量有机酸含量与组成 ,及其与镉生物积累的关系。结果表明 ,不同镉积累类型小麦在高镉土壤中其根系镉含量差异不显著 ,但地上部镉浓度烟 86103显著低于莱州 953,而在低镉土壤中根系和地上部镉浓度烟 86 10 3均显著低于莱州 95 3。根际土壤有机酸 (柠檬酸、酒石酸、乙酸和丙酸 )含量及有机酸总量均为低镉品种烟 86103显著低于高镉品种莱州953。两个品种不同生育期有机酸含量均表现为柠檬酸 酒石酸 丙酸 乙酸 ,且各有机酸含量占有机酸总量的百分数表现稳定。小麦镉的生物积累与有机酸种类没有特异性关系 ,但与有机酸的总量有关。根际不同有机酸的水平对于土壤镉的复合或螯合溶解 ,在引起两品种地上部镉生物积累的差异方面起重要作用。     

不同改良剂对土壤-叶菜系统Cd迁移累积的调控作用

为筛选适合在中轻度镉污染土壤上有效降低叶菜吸收镉的改良剂及用量,采用镉污染菜地土壤进行盆栽试验,研究不同用量的石灰、泥炭和碱渣对小白菜（Brassica chinensis L.）生物量、镉吸收量,土壤pH及有效态镉含量的影响。结果表明,3种改良剂对小白菜生长均无显著的抑制作用;与不施改良剂的处理相比,石灰、泥炭显著抑制小白菜对镉的吸收,地上部镉含量与石灰和泥炭用量均呈显著负相关关系（R=-0.668、-0.785,P〈0.05）,碱渣对小白菜地上部镉含量的影响不显著,但显著增加根系镉含量;改良剂均显著提高土壤pH,但对DTPA-Cd影响不同,石灰显著降低DTPA-Cd,泥炭、碱渣均有增加DTPA-Cd含量的趋势;泥炭对土壤-小白菜系统Cd迁移的调控效果最佳,其最佳用量为20 g.kg-1土,石灰次之,碱渣不适合。     

镉胁迫对荻生长、镉富集和土壤酶活性的影响

采用盆栽土培法,从播种开始培育132d后,研究0,3,6,9mg/kg镉胁迫对荻的生长、镉富集与分布和土壤酶活性的影响。结果表明:荻耐性指数随处理浓度的增加先上升后下降,镉浓度≤6mg/kg时,促进荻生长,镉浓度为9mg/kg时,抑制荻生长。叶绿素、丙二醛和可溶性糖含量均随处理浓度的增加先升高后降低,在镉浓度为6mg/kg时达到最大值;类胡萝卜素含量为先降低后升高,在6mg/kg时达最小值。荻根部铜、锌和铁含量均随处理浓度的增加而升高,地上部铜和铁含量先降低后升高,而锌含量持续降低。根部和地上部镉含量随镉处理浓度增加呈线性增加趋势,且根部镉含量均高于地上部;不同浓度镉处理荻根部富集系数均大于1,但地上部富集系数和转运系数均小于1;根部镉积累量随处理浓度的增加先升高后降低,在镉浓度为6mg/kg时达到最大值,地上部镉积累量持续升高,荻体内镉主要分布在根部。镉处理组的土壤脲酶和过氧化氢酶活性与对照相比总体无显著差异(P0.05),镉浓度为6mg/kg和9mg/kg对土壤脲酶活性有一定促进作用,但会抑制过氧化氢酶活性,根际土壤酶活性总体高于非根际土壤酶。研究表明,荻对镉有较强的耐性,且根部对镉有较强的富集能力,因此,荻在土壤镉污染稳定化修复方面具有一定的应用潜力。     

膨润土和沸石在镉污染土壤治理中的应用

采用通过盆栽试验,研究了膨润土和沸石对镉污染土壤的治理效果。结果表明,施加膨润土后不同污染程度土壤的交换态、碳酸盐结合态镉的质量分数都有所下降,铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态镉的质量分数则有所上升。沸石和膨润土对轻度、中度镉污染土壤都表现出钝化作用,对重度镉污染土壤,膨润土对镉的钝化效果明显,而沸石却起到了激活镉的作用。在不同程度镉污染土壤上,膨润土可增加乌塌菜的生物量,并可抑制其对镉的吸收,降低乌塌菜植株体内镉的浓度,对乌塌菜的生长具有显著的促进作用。沸石对轻度和中度镉污染土壤均可降低乌塌菜植株体内镉的浓度,促进乌塌菜的生长并增加其生物量;对重度镉污染土壤,沸石对乌塌菜的生长影响较小,乌塌菜植株体内镉的积累显著增加。     

不同惰性有机碳物料对土壤镉赋存形态和生物有效性的影响

通过温室盆栽试验和土壤培养试验,研究镉污染土壤和模拟镉污染土壤中加入草炭、活性碳和风化煤3种物料对土壤镉赋存形态和生物有效性的影响,探讨其作为重金属镉污染土壤修复剂的可行性。研究结果表明：3种有机碳物料均降低了土壤pH值,镉污染土壤加入不同惰性有机碳修复剂后,土壤中醋酸铵提取态Cd含量和DTPA提取态Cd含量变化不明显。在模拟Cd污染土壤上则不同,加入不同惰性有机碳修复剂后土壤中醋酸铵提取态Cd含量和DTPA提取态Cd含量均明显降低,降低幅度以风化煤最高,且随加入时间延长降低幅度增加。土壤中加入风化煤和草炭可显著增加土壤中轻组有机质含量,风化煤对土壤中镉有较强富集作用。两种土壤镉赋存形态均为酸提取态〉可还原态〉可氧化态,镉污染土壤加入有机物料后酸提取态镉含量无显著性变化,可还原态镉草炭和活性碳处理显著降低,草炭处理可氧化态镉也显著降低,模拟镉污染土壤加入有机物料后,酸提取态镉风化煤处理显著性降低,可还原态镉活性碳处理显著提高,可氧化态镉无显著性变化。在镉污染土壤上,3种有机碳物料对玉米生长没有显著影响,但增加了玉米体内镉含量;风化煤处理显著降低了白菜生物量,增加了白菜体内镉含量。模拟镉污染土壤上3种有机碳物料对白菜和玉米的生长和体内镉含量均没有显著影响。     

Isolation and identification of rapeseed (Brassica napus) cultivars for potential higher and lower Cd accumulation

Cadmium (Cd) as a non‐essential toxic metal has become one of the seriously environmental problems. Overload of Cd into plant shoots, particularly the addible parts (i.e., grains), jeopardizes crop production and food safety. Isolating and identifying genotypic variations in Cd accumulation of rapeseed (Brassica napus) cultivars is an efficient approach for phytoremediation and developing lower Cd‐accumulating plants. In this study, a trial was conducted under natural condition in Nanjing, China, from 2014 to 2017, and identified 64 rapeseed cultivars collected from the areas of Gui Zhou province. Rapeseed grew under moderate Cd exposure (5 mg kg^?1) for 5 months, and shoots were harvested for Cd quantification. A great variation of total Cd concentrations in shoots, ranking from 0.16 to 17.03 mg Cd kg^?1, was found. Following the initial examination of all cultivars, two sets of plants with high (#138 and #177) and low (#208 and #244) Cd concentrations were further investigated. Throughout the growth period, cultivars #138 and #177 accumulated more Cd during vegetative (30, 60, and 120 d) and late developmental (180 d) stages than cultivars #208 and #244. The higher Cd concentration in shoots of #138 and #177 was associated with the higher Cd concentration in xylem sap, suggesting the greater capability of Cd translocation from roots to shoots. Compared to #208 and #244, Cd exposure moderately reduced zinc and iron concentrations in some tissues of #138 and #177, whereas the manganese and magnesium concentrations showed no change. Although #138 and #177 cultivars accumulated more Cd in their shoots, no Cd toxicity was detected. Moreover, both #138 and #177 cultivars had a similar biomass to #208 or #244. These results suggest that #138 and #177 rapeseeds are tolerant to Cd stress.     

苎麻根际抗Cd细菌筛选及对苎麻生长和吸收Cd能力的影响

本文报道从苎麻根际筛选出5株抗Cd细菌（cdr1、cdr2、cdr3、cdr6、cdr7）,通过16SrRNA基因序列分析结果显示,cdr1和cdr3属于金黄杆菌属（Chryseobacterium）,cdr2属于农杆菌属（Agrobacterium）,cdr6属于贪噬菌属（Variovorax）,cdr7属于黄杆菌属（Flavobacterium）。采用盒栽试验方法,研究了抗Cd细菌对苎麻生长和吸收Cd能力的影响。结果表明,在Cd添加量为10mg·kg^-1土壤中接种cdr6、cdr7能显著增加苎麻生物量和叶片叶绿素含量,降低植株地下部分丙二醛（MDA）含量,但对植株Cd含量没有影响。从平均值来看,接种cdr1和cdr3的苎麻株高低于对照,但只有接种cdr3的处理达到显著水平。接种cdr1和cdr3的苎麻地上和地下部分干重、叶片叶绿素含量均低于对照CK-1,但其差异均没有达到统计意义的显著水平。接种cdr1、cdr3的苎麻地上部分Cd含量显著高于对照CK-1。接种cdr2对苎麻植株生物量和Cd含量均没有显著影响。     

不同积累型苋菜(Amaranthus mangostanus L.)镉吸收转运特征差异性研究

【目的】比较高积累型苋菜品种Tianxingmi与低积累型苋菜品种Zibeixian在Cd胁迫下Cd吸收转运特征差异性，揭示苋菜品种Tianxingmi高积累镉的机理。【方法】采用水培试验，添加代谢抑制剂来研究两品种苋菜根系吸收Cd的主要途径。分别在30 μmol/L CdCl₂处理4 h、8 h、16 h、1 d和2 d采样测定，采用非损伤微测技术（Non-invasive micro-test technique，NMT），进行植物活体动态测试，调查、测量两品种苋菜根系Cd2+离子流特征，比较了两品种对代谢抑制剂的反应。【结果】在30 μmol/L CdCl₂处理1 d后，Tianxingmi生物量达到最大值5.90 g/plant，是Zibeixian生物量的二倍；Tianxingmi根、茎和叶中Cd浓度分别为609、254和62.3 mg/kg，分别是Zibeixian的1.4倍、1.9倍和1.6倍，地上部和全株的Cd累积量分别高达602.0、1308 μg/plant；Tianxingmi富集系数（BCF）与转运系数（TF）分别为Zibeixian的2.1倍和1.5倍，这些结果两品种均表现出显著性差异（P < 0.05）。NMT技术测定两品种根系Cd2+离子流，通过扫描位点测定发现，距根尖0~300 μm范围内两品种苋菜根系Cd2+内流最强且差别最大，并在此做定点位点测定，发现Tianxingmi根系Cd2+内流是Zibeixian根系Cd2+内流的3.75倍，说明了两品种的富集特征与NMT结果一致。添加代谢抑制剂处理显著降低了高积累型Tianxingmi各器官中的Cd浓度，富集系数（BCF）与转运系数（TF），以及根系Cd2+内流（P < 0.05），主动吸收特征明显，而对低积累型Zibeixian的相关生理指标影响不大。【结论】两苋菜品种Cd吸收转运特征均表现出显著性差异。Tianxingmi具有更强的Cd吸收和向地上部转运与累积能力，并且根系对Cd的吸收与转运是主动需能的过程，共质体途径在Cd进入Tianxingmi根系并向地上部运输的过程中起着主要作用。     

根相对伸长率不能反映大白菜对镉的耐性差异

以14种大白菜为材料,研究根的相对伸长率与蔬菜地上部Cd耐性之间的关系.结果表明,种子根的相对伸长率与大白菜苗期的Cd耐性没有相关性,因而用种子根相对伸长率不能衡量大白菜对Cd的耐性.大白菜地上部Cd含量与Cd耐性指数呈负相关,表明Cd耐性强的大白菜地上部Cd的累积量相对较低.     

Effect of cadmium toxicity on micronutrient concentration,uptake and partitioning in seven rice cultivars

Heavy metal uptake, translocation and partitioning differ greatly among plant cultivars and plant parts. A pot experiment was conducted to determine the effect of cadmium (Cd) levels (0, 45 and 90 mg kg^?1 soil) on dry matter yield, and concentration, uptake and translocation of Cd, Fe, Zn, Mn and Cu in seven rice cultivars. Application of 45 mg Cd kg^?1 soil decreased root and shoot dry weight. On average, shoot and root Cd concentrations and uptake increased in all cultivars, but micronutrients uptake decreased following the application of 45 mg Cd kg^?1. No significant differences were observed between 45 and 90 mg kg^?1 Cd levels. On average, Cd treatments resulted in a decrease in Zn, Fe and Mn concentrations in shoots and Zn, Cu and Mn concentrations in roots. Differences were observed in Cd and micronutrient concentrations and uptake among rice cultivars. Translocation factor, defined as the shoot/root concentration ratio indicated that Cu and Fe contents in roots were higher than in shoots. The Mn concentration was much higher in shoots. Zinc concentrations were almost similar in the two organs of rice at 0 and 45 mg Cd kg^?1. A higher Cd level, however, led to a decrease in the Zn concentration in shoots.     

植物生长抑制剂对万寿菊镉积累和化学形态的影响

通过水培实验研究了细胞分裂抑制剂（青鲜素 MH）和蛋白合成抑制剂（放线菌酮 CHI）对万寿菊镉积累及化学形态的影响。结果表明,在溶液Cd浓度为0.1 mg·L^-1的条件下,投加浓度为2、4 mmol·L^-1青鲜素及3、6 μmol·L^-1放线菌酮显著抑制了万寿菊的相对生长速率及地上部镉含量,另外两种抑制剂也降低了万寿菊地上部可溶性蛋白含量,但对叶绿素a、b及总叶绿素含量并无显著影响,证明细胞分裂及蛋白合成过程直接影响着万寿菊地上部镉积累。通过采用逐步提取法对万寿菊体内镉的化学存在形态分析,表明在单独Cd处理条件下万寿菊体内移动性较差的醋酸提取态及NaCl提取态镉占有较高比例,其中地上部两种结合态镉约占万寿菊地上部总镉量的68%,而施加植物生长抑制剂后万寿菊地上部两种结合态镉含量显著降低,放线菌酮处理下仅为31%,进一步证实镉主要与万寿菊体内蛋白质等物质结合后才能在其体内长久固定,否则不能在其体内发生累积。     

Genetic Variation in Cadmium Accumulation and Tolerance among Wheat Cultivars at the Seedling Stage

Exploitation of genetic differences to select wheat cultivars’ pollution-safe from cadmium (Cd) contamination requires better understanding of Cd uptake and translocation patterns. For this purpose, 15 wheat cultivars were grown in nutrient solution and exposed to four levels of Cd, i.e., 0, 15, 30, and 45 µM. The plants were harvested after 2 weeks of Cd exposure. Root and shoot relative dry matter (DM) was decreased in most of the cultivars, but some cultivars did not exhibit any toxic symptoms. The lowest Cd concentration in shoots was recorded for Lasani-2008 and Iqbal-2000 while the highest for Sehar-2006 and Inqlab-91. Both root absorption and translocation accounted for regulating Cd concentration in shoots. There was no relationship between relative DM and Cd concentrations in roots and shoots. The results suggest that wheat cultivars with low shoot Cd concentration but higher tolerance, i.e. Lasani-2008 and Iqbal-2000, could be used in breading programs for low Cd wheat.     

Cadmium (Cd) and Lead (Pb) Induced Changes in Growth,Some Biochemical Attributes,and Mineral Accumulation in Two Cultivars of Mung Bean [Vigna radiata (L.) Wilczek]

Addition of cadmium, lead, and cadmium + lead (Cd, Pb, and Cd+Pb) to growth medium leads to a reduction in seed germination, length, fresh and dry biomass of shoots and roots, total chlorophyll, chlorophyll a, chlorophyll b, and soluble proteins in plants. This study was undertaken on two mungbean cultivars (MN-92 and MN-98). Application of these metals in the growth medium reduced the bioabsorption of calcium (Ca), magnesium (Mg), and potassium (K). Concentrations of all the metals were greater in the roots than in the shoots except for K, which was greater in the shoots. Mungbean cultivar NM-98 performed better than NM-92 in response to heavy-metal toxicity. Overall, the metal-induced physiobiochemical changes resulted in reduced growth of both mungbean cultivars.     

铅锌矿区分离丛枝菌根真菌对万寿菊生长与吸镉的影响

盆栽试验研究了土壤不同施Cd水平(0、20、50 mg kg-1)下,接种矿区污染土壤中丛枝菌根真菌对万寿菊根系侵染率、植株生物量及Cd吸收与分配的影响。结果表明:接种丛枝菌根真菌显著提高了Cd胁迫下万寿菊的根系侵染率和植株生物量;随着施Cd水平提高,各处理植株Cd浓度和Cd吸收量显著增加。各施Cd水平下万寿菊地上部Cd吸收量远远高于根系Cd吸收量,尤其在20 mg kg-1施Cd水平下,接种处理地上部Cd吸收量是根系的3.90倍,对照处理地上部Cd吸收量是根系的2.33倍;同一施Cd水平下接种处理地上部Cd吸收量要显著高于对照。总体上,试验条件下污染土壤中分离的丛枝菌根真菌促进了万寿菊对土壤中Cd的吸收,并增加了Cd向地上部分的运转,表现出植物提取的应用潜力。     

施肥对铅镉污染土壤上芥菜铅镉含量及生理的影响

盆栽试验研究了不同化学肥料组合处理对铅镉污染土壤上芥菜(Brassica juncea)Pb、Cd含量及其生理特性的影响。结果表明, 与对照相比, 各肥料处理在显著提高芥菜生物量的基础上, 显著降低了芥菜地上部Cd含量(P<0.05), 其中碳酸氢铵+磷酸二氢铵+硫酸钾处理的效果最佳, 芥菜Cd含量仅为对照的41.0%; 施肥处理提高了芥菜地上部Pb含量, 但Pb没有健康风险; 施肥提高了叶菜的叶绿素含量, 但丙二醛、脯氨酸、细胞质膜透性与芥菜地上部Pb、Cd含量无显著相关性。重金属污染土壤施肥处理是一种值得推广的降低叶菜有害重金属含量的有效技术。