氧化老化玉米秸秆生物炭吸附镉机理研究

为研究玉米秸秆生物炭在经过模拟自然界老化后对Cd²⁺的吸附响应,本文利用H₂O₂对玉米秸秆生物炭进行氧化老化1、2、3次,利用元素分析仪、扫描电镜、红外光谱及碳谱等分析方法,分析老化前后生物炭对Cd²⁺的吸附及响应机理。结果表明：玉米秸秆生物炭氧化老化过程中形成硅酸盐沉淀;经过H₂O₂老化后H/C、O/C和（O+N）/C的原子比逐渐升高,使得生物炭含氧官能团上升、芳香性减弱、极性增强;老化1次（OYM1）、2次（OYM2）、3次（OYM3）后玉米秸秆生物炭碱性元素逐步被释放,碱性元素较未氧化玉米秸秆生物炭（YM）分别降低了48.23%、95.04%、95.74%;不同处理生物炭对Cd²⁺的最大吸附量表现为： YM（12.42 mg·g^-1） >OYM1（5.98 mg·g^-1） >OYM3（3.88 mg·g^-1） >OYM2（3.61 mg·g^-1）,说明老化作用抑制了其对Cd²⁺的吸附。在玉米秸秆生物炭长期利用过程中,生物炭的老化促进无机组分发挥作用,吸附性能减弱,在进行土壤及水污染修复时应合理使用。     

1-site/2-pKa表面络合模型预测土壤中Cd2+的吸附及生物有效性

土壤中重金属的生物有效性与其在土壤中的吸附行为密切相关,本研究选取我国9个不同类型的非石灰性土壤,探究了Cd²⁺在土壤中的吸附过程。通过电位滴定获得土壤表面酸碱性质（pK_a1和pK_a2）,基于1-site/2-pK_a模型,使用ECOSAT和FIT拟合得到土壤与Cd²⁺的络合常数（lg K _{（SOCd⁺）}）,结果显示该模型能很好地描述Cd²⁺在土壤中的吸附过程。为了进一步探究土壤性质对Cd吸附固定的影响,通过逐步回归分析了pK_a1、pK_a2、lg K _{（SOCd⁺）}与土壤性质间的关系,发现土壤pH和CEC是pK_a1的主控因子,土壤pH同时也是pK_a2、lg K _{（SOCd⁺）}的主控因子。为了验证模型的可靠性,结合历史文献,基于土壤pH和CEC预测了历史文献中土壤表面酸碱性质和lg K _{（SOCd⁺）},利用得到的参数预测了Cd的吸附过程,发现预测值与实测值之间有很好的相关性,该模型能解释86%的变异。此外,利用回归模型得到的结合常数预测了历史文献中土壤溶液中的Cd含量,发现模型预测的Cd含量与蚯蚓体内Cd含量同样具有很好的相关性,能解释83%的变异。本研究基于Cd²⁺在不同性质土壤中的吸附行为,使用广义复合法建立的表面络合模型可以描述Cd²⁺在非石灰性土壤中的吸附与分配过程。     

高低硅秸秆生物炭的表征及对Cd2+的吸附特性与机理

采用野生型水稻（WT,高硅）和硅缺失突变体水稻（lsi1,低硅）秸秆为原材料制备成300、500、700℃ 3种温度生物炭,探究高低硅秸秆生物炭对Cd²⁺的吸附特性及作用机制。野生型和突变型水稻秸秆原料总硅含量分别为17.88%和7.42%,制备出的高硅生物炭相对于低硅生物炭具有较高的硅含量、较大的比表面积和孔径。通过元素分析、电镜能谱扫描分析（SEM-EDS）、傅里叶红外光谱分析（FTIR）以及比表面积分析（BET-N₂）等对两种生物炭进行分析,结果表明随温度上升两类生物炭均表现出产率下降、pH增大、比表面积上升,高低硅生物炭均能在471、788、1 090 cm^-1波峰处观察到Si-O-Si键。吸附实验表明,高低硅生物炭均在pH为6、固液比为1 g·L^-1时对水溶液中Cd²⁺吸附效果最佳。吸附动力学模型结果表明,高低硅生物炭的吸附动力学过程均符合准二级动力学模型（R² >0.9）,说明该过程以化学吸附为主。通过Langmuir和Freundlich模型进行等温吸附拟合,均能较好反映出高低硅生物炭的吸附行为与特性。结合高低硅生物炭的基本理化性质、FTIR分析和SEM-EDS观察的结果表明生物炭吸附机制主要为离子交换、沉淀和官能团络合作用。研究表明,热解温度较高的高硅生物炭吸附效果更好,这可能与其具有较高的硅含量、较大的比表面积与孔体积、较多的阳离子及较为丰富的官能团有关。     

3种新型改性玉米秸秆生物炭对Cd2+吸附特性的比较

为比较3种新型改性生物炭对溶液中镉（Cd）的吸附行为,以玉米秸秆生物炭为原料,制备巯基改性生物炭（S-BC）、铁改性生物炭（Fe-BC）和氮掺杂生物炭（N-BC）,分析改性前后生物炭的元素组成、比表面积、表面官能团等性质的变化,通过系统的吸附试验,比较3种改性生物炭对Cd的吸附性能和作用机理。结果表明：与未改性生物炭（BC）相比,N-BC和Fe-BC比表面积分别增加了6.3和9.0倍,总孔体积分别增加了2.68和4.08倍。S-BC因改性后表面光滑,使得生物炭比表面积减小,但其表面官能团变化明显,S-BC在2 977 cm^-1处出现新的吸收峰对应脂肪族（C-H）的伸缩振动,而且在1 089 cm^-1、1 044 cm^-1位置出现双特征吸收峰。3种生物炭对Cd²⁺的吸附主要为化学吸附过程为主,且Langmuir吸附等温线模型所拟合的热力学吸附优于Freundlich吸附等温模型,推测N-BC、Fe-BC、S-BC 3种生物炭对Cd²⁺的吸附过程为单分子层物理吸附。通过Langmuir模型计算可以得到几种生物炭对Cd²⁺最大吸附量表现为Fe-BC (69.11 mg·g^-1) > N-BC (61.92 mg·g^-1) > S-BC (53.85 mg·g^-1) > BC (40.34 mg·g^-1)。     

腐植酸和巯基改性生物炭对水中Cd2+的吸附性能和机制研究

本研究以水稻秸秆为原料制备生物炭（BC300），通过使用腐植酸和3-巯丙基三甲氧基硅烷（3-MPTS）丰富其表面官能团，得到腐植酸改性生物炭（HBC300）和巯基改性生物炭（SBC300）两种改性生物炭，分析改性生物炭对Cd²⁺的吸附能力，借助FT-IR、XPS和Boehm滴定等表征手段和密度泛函理论（DFT）计算探究改性生物炭的理化性质及官能团对吸附Cd²⁺的作用。结果表明：改性过程改变了生物炭的理化性质，HBC300表面增加了COOH和OH官能团，而SBC300表面COC、CO和SH官能团增多。通过丰富其生物炭表面官能团提升了生物炭对Cd²⁺吸附反应速率和吸附性能，表现出改性生物炭在水中去除Cd²⁺的潜力。其中，SBC300对Cd²⁺吸附效果最佳，其最大平衡吸附容量为49.5 mg·g^-1，但吸附反应速率小于HBC300，符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型，此吸附过程为单分子层吸附并受化学吸附控制。表征数据及DFT计算拟合数据结果表明，生物炭表面修饰官能团加快了对Cd²⁺吸附反应速率，但COC和CO官能团限制了SBC300对Cd²⁺的吸附反应速率。     

芦苇生物质炭对镉的吸附及机制

为解决重金属废水处理问题，寻求芦苇的新型资源化利用途径，采用限氧热解方法在不同温度下制备芦苇生物质炭（RBC）。在对芦苇生物质炭进行元素分析的基础上，进行吸附动力学实验和等温吸附实验，并通过扫描电镜（SEM）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）等表征方法，探究不同热解温度对RBC吸附Cd²⁺的影响及吸附机制。结果表明： RBC对Cd²⁺的吸附过程更符合准二级吸附动力学方程，Langmuir等温吸附模型能更好描述RBC对Cd²⁺的吸附；500℃下制备得到的RBC产率较高，Cd²⁺吸附量最大，理论吸附量可达39.05 mg·g^-1；吸附Cd²⁺后，RBC表面生成粒状结构，XRD谱图出现CdCO₃和CdSiO₃晶型的峰，推断Cd²⁺分别能与CO₃^2-与SiO₃^2-形成沉淀。研究表明，芦苇生物质炭的最优热解温度为500℃，此温度下产率最高，对Cd²⁺的吸附能力最强，吸附Cd²⁺的机制可能为阳离子交换、沉淀吸附、络合和Cd²⁺-π金属键合共同作用。     

小麦秸秆生物质炭对碱性土壤中油菜生长和镉吸收的影响

为探讨小麦秸秆生物质炭对镉（Cd）污染碱性土壤的修复效果,采用序批式吸附试验和Cd污染土壤盆栽试验,研究了小麦秸秆生物质炭施用（1%,m/m）对碱性土壤吸附Cd的影响,以及对Cd污染土壤中油菜生长和Cd吸收的影响。结果表明：Cd在生物质炭上的吸附等温线非线性较强,生物质炭对Cd的表面吸附起主导作用,Cd在生物质炭上的分配系数（K_d）是在土壤上的1.5~3.0倍。生物质炭施用可促进土壤对低浓度Cd的吸附,0.1 mg·L^-1平衡浓度下K_d值提高了19.5%;生物质炭施用可抑制土壤对高浓度Cd的吸附,在10 mg·L^-1条件下K_d值降低了37.2%。生物质炭施用对土壤pH值影响不显著,但缓解了Cd污染对油菜生长的抑制作用,油菜生物量最高提高了45.0%,也抑制了油菜对Cd的富集,油菜富集Cd的量最高降低了40.6%;CaCl₂、Mg（NO₃）₂、NH₄OAC、HCl、DTPA和BCR1作为提取剂提取出土壤中Cd的量与油菜地上部分吸收Cd的量相关性较强（线性回归方程决定系数R²> 0.8）,而Mg（NO₃）₂萃取出土壤中Cd的量更能预测油菜地上部分吸收Cd的量。研究表明,小麦秸秆生物质炭有利于降低碱性土壤中Cd的生物有效性,但并非通过提高土壤pH值和吸附能力来实现。     

不同热解温度牛骨生物炭特征及对Cd2+的吸附

本文研究了不同热解温度条件下牛骨生物炭理化性质及对 Cd²⁺的吸附特性,采用限氧控温慢速热裂解的方式,在 300、350、400、500、700 ℃和900 ℃条件下制备牛骨生物炭。分别采用热重分析仪、傅里叶变换红外光谱以及扫描电镜能谱仪等设备对牛骨生物炭进行表征,并通过批量吸附实验分析其对Cd²⁺的吸附特性。结果表明：牛骨生物炭pH值、灰分含量随热解温度提高而增加,芳构度逐渐增强,孔径与比表面积增大,而挥发分、有机碳含量与全氮含量减少;准二级动力学模型可以准确拟合5种牛骨生物炭对Cd²⁺的吸附动力学过程（R²>0.999）,在接近吸附平衡时,吸附速率由颗粒内扩散主导;牛骨生物炭对Cd²⁺等温吸附过程更符合Langmuir模型,700 ℃条件下制备的牛骨生物炭对Cd²⁺的吸附效果最好,最大平衡吸附量为44.32 mg·g^-1;随着热解温度增加,牛骨生物炭对Cd²⁺吸附机制中官能团络合作用减弱,表面吸附、阳离子交换以及π电子配位作用增大。在实际规模化制备牛骨生物炭过程中应充分考虑能耗成本以及尾气收集问题。     

不同作物秸秆生物炭对溶液中Pb2+、Cd2+的吸附

为研究秸秆生物质炭的性质特征对其吸附重金属的影响,在限氧条件下将粉碎的小麦、水稻、玉米秸秆于450℃热裂解制备三种秸秆炭。研究了三种秸秆炭对溶液中Pb²⁺、Cd²⁺的吸附特性,并对其性质特征进行了测定分析。结果表明:三种秸秆炭对Pb²⁺、Cd²⁺的吸附符合准二级动力学模型,小麦、水稻、玉米三种秸秆炭对Pb²⁺的吸附速率分别为0.044、0.019、0.012 mg·g^-1·h^-1,对Cd²⁺的吸附速率分别为0.195、0.164、0.070 mg·g^-1·h^-1.三者对不同浓度下Pb²⁺、Cd²⁺的吸附符合Langmuir等温吸附模型,小麦、水稻、玉米三种秸秆炭对Pb²⁺的吸附容量分别为99.65、110.31、88.82 mg·g^-1,对Cd²⁺的吸附容量分别为30.64、29.39、21.47 mg·g^-1;在溶液pH 2.5~3.5时,三者对溶液中Pb²⁺、Cd²⁺的去除率急剧增加。小麦和水稻秸秆炭含有较高的碳酸盐、磷酸盐等无机矿物组分以及相对较高的阳离子交换量,对溶液中的Pb²⁺、Cd²⁺的去除可能是由于化学沉淀作用较强烈,而玉米秸秆炭的有机碳及官能团含量较高,孔隙结构较好,比表面积大,可能主要通过表面吸附及官能团的络合作用去除溶液中Pb²⁺、Cd²⁺.     

壳聚糖、铁锰改性稻壳生物炭的表征及其Cd2+吸附性能研究

为改善稻壳炭对Cd²⁺的吸附能力，分别选用壳聚糖、硝酸铁与高锰酸钾对稻壳生物炭进行改性，成功制备了壳聚糖改性稻壳炭（C-BC）和铁锰改性稻壳炭（FM-BC），表征了各稻壳炭的基础理化性质，包括比表面积分析（BET）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射表征（XRD），进行了动力学吸附实验和等温吸附实验，并在不同pH和投加量条件下，研究了改性生物炭对Cd²⁺的吸附量和去除率。结果表明：两种改性方式均减小了稻壳炭的比表面积和总孔隙体积； FM-BC含有Mn-O、Fe-O的特征官能团，此外改性前后稻壳炭的官能团类型基本不变；两种改性方式均使稻壳炭产生了对应的晶体结构变化。两种改性炭对Cd²⁺动力学吸附特征均符合准二级动力学模型，颗粒内扩散模型均分为3个阶段，对Cd²⁺等温吸附特征均符合Langmuir模型； C-BC和FM-BC的最大吸附量分别为25.51 mg·g^-1和16.25 mg·g^-1，是BC （14.97 mg·g^-1）的1.7倍和1.08倍。随着溶液pH增加，C-BC和FMBC的吸附量和去除率逐渐增加，且始终高于BC；随着投加量的增加，C-BC和FM-BC的Cd²⁺去除率逐渐增加，而吸附量逐渐降低。两种改性方式均能够在一定程度上提高稻壳炭对Cd²⁺的吸附能力，均以单分子层化学吸附占主导，C-BC的最大吸附量明显高于FM-BC，适度调整溶液pH和投加量可改善改性稻壳炭的Cd²⁺吸附效果。     

生菜对镉胁迫的生理响应及体内镉的累积分布

为了揭示生菜对镉毒害的响应,采用种子发芽和营养液基质栽培试验,从种子萌发、生理特性及镉的累积、分布等方面研究镉胁迫对生菜的影响。结果表明,镉胁迫显著降低种子发芽势,1 mg·L~(-1)镉胁迫显著提高发芽率,而其他浓度显著降低发芽率。基质栽培试验中,50、100 mg·L~(-1)镉对生菜生物量有显著促进作用,不同浓度镉对根冠比无显著影响;低浓度(5 mg·L~(-1))镉显著促进叶绿素总量和叶绿色a含量;高浓度镉(10~200 mg·L~(-1))胁迫显著降低叶绿素总量、叶绿素a、叶绿素b含量。镉浓度为5 mg·L~(-1)时,丙二醛(MDA)含量显著增加,随着镉浓度进一步提高,除20 mg·L~(-1)时MDA出现显著下降外,其他处理与对照无显著差异;随着镉浓度增加,超氧化物歧化酶(SOD)活性显著降低,过氧化氢酶(CAT)活性先升高后下降,过氧化物酶(POD)活性逐渐升高。生菜地下部分和地上部分镉含量均随镉浓度的升高而显著增加;且在同一镉浓度下,地下部分镉含量显著高于地上部分;随镉浓度的升高,地上部分的生物富集系数逐渐下降,而地下部分呈现先升高后下降的趋势,转运系数则显著下降。随着添加镉浓度的增加,地下部分亚细胞中各部分镉含量呈现指数累积趋势,而地上部分亚细胞中镉含量呈直线累积趋势;同一镉浓度下,地上部分亚细胞中的镉含量远低于地下部分;地下部分镉在亚细胞中的分布特征为细胞壁可溶组分细胞器,地上部分为细胞壁、可溶组分细胞器。因此,地下部分(根系)的滞留作用和细胞壁的固持是生菜应对镉胁迫的重要机制。     

施锰微肥对镉污染土壤中玉米生长及镉吸收分配的影响

为定量研究锰(Mn)对镉(Cd)污染土壤的修复效果,以低(5 mg·kg~(-1))和高(10 mg·kg~(-1))Cd污染棕壤为供试土壤,通过盆栽培养试验,研究施加不同浓度的MnSO4(20、200、2 000 mg·kg~(-1))对土壤Cd形态、玉米生长和体内Cd吸收、Cd亚细胞分布的影响。结果表明:施Mn可以显著改变土壤中Cd的赋存形态,与对照(未施加Mn)相比,土壤可交换态Cd含量降低了4.75%～30.81%,且随着Cd浓度的增加,可交换态Cd降低比例逐渐增大。适量的Mn(20、200 mg·kg~(-1))可以促进玉米根系的生长,提高玉米各部位生物量,增产11.42%～17.51%,但过量的Mn(2 000 mg·kg~(-1))则会对玉米产生一定的毒害作用,导致减产。Mn降低了土壤中Cd的生物有效性,从而抑制玉米对Cd的吸收,籽粒Cd含量在低Cd污染土壤中降低了46.15%～53.85%,在高Cd污染土壤中降低了38.37%～52.33%。同时Mn增加了细胞壁对Cd的沉积和液泡区隔化作用,促进Cd在根部的固持,从而降低其向地上部转运。研究表明,Mn的施加对低Cd污染土壤的钝化效果优于高Cd污染土壤,适量的Mn更有助于玉米的生长发育以及降低玉米体内的Cd含量。     

生姜品种对镉胁迫的生理响应及耐镉性评价

为筛选耐Cd种质资源并研究生姜耐Cd机理,以华东、华中和西南主产区的5个主栽品种凤头姜、贵州小黄姜、罗平小黄姜、竹根姜和山东大姜为试验材料,设置对照(CK)和镉(Cd)处理,两处理的水分处理一致,CK无外源添加Cd。测定生姜生长指标和生理指标,利用主成分分析和隶属函数法对5个品种苗期的耐Cd性进行综合评价。结果表明:Cd处理显著(P<0.05,下同)降低了生姜的株高、茎粗、过氧化氢酶(CAT)活性、光合色素含量及PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、光化学猝灭系数(qP);显著升高了叶片中的硫代巴比妥酸反应物(TBARS)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性及非光化学猝灭系数(NPQ);山东大姜的过氧化物酶(POD)活性、游离脯氨酸(Pro)与类胡萝卜素(Car)含量无显著变化。综合评价5个品种生姜的耐Cd性排序为山东大姜>贵州小黄姜>罗平小黄姜>凤头姜>竹根姜。相关性分析结果表明茎粗、Car含量与综合评价值(D值)呈极显著(P<0.01)正相关,叶片TBARS含量、POD活性与D值呈显著负相关(P<0.01)。竹根姜Cd含量是山东大姜的3.57倍,Cd主要富集在根和叶中,山东大姜的Cd主要富集在根中。5个品种中山东大姜耐Cd性最强,竹根姜耐Cd性最差。茎粗、Car含量、叶片TBARS含量和POD活性可以作为生姜耐Cd品种筛选的主要参考指标。     

耐镉细菌与土壤胶体作用对镉形态的影响

【目的】探讨耐镉细菌对红壤、赤红壤和棕色石灰土3类型土壤胶体镉吸附性能的影响及细菌—土壤胶体复合体上所吸附镉形态的变化,为重金属污染土壤的生物修复提供理论依据。【方法】从矿区镉污染土壤中筛选分离出一株耐镉细菌,同时提取红壤、赤红壤和棕色石灰土3种土壤胶体,研究接种耐镉细菌后3种土壤胶体吸附镉的变化及细菌—土壤胶体复合体上所吸附镉形态的变化。【结果】接种耐镉细菌能提高3种土壤胶体对镉的吸附,以红壤有机—无机复合胶体的提高幅度最大;接种耐镉细菌使3种类型土壤胶体上弱酸可溶态和残渣态的镉含量降低,而可还原态和可氧化态含量则提高。接菌后,红壤胶体和赤红壤（自然土）无机胶体上不同形态镉含量为残渣态〉可还原态〉弱酸可溶态〉可氧化态,而赤红壤（耕作土）胶体和棕色石灰土胶体则为可还原态〉残渣态〉弱酸可溶态〉可氧化态。【结论】接种耐镉细菌能促进土壤胶体上镉形态由无效态向有效态转化,提高镉的有效性。     

环丙沙星和镉复合污染土壤中镉的生物可给性及其动态变化

为研究环丙沙星（CIP）和镉（Cd）复合污染土壤中Cd的生物可给性,通过向无污染土壤中添加不同浓度的环丙沙星（对照:0 mg·kg^-1,Ⅰ： 5 mg·kg^-1,Ⅱ： 25 mg·kg^-1,Ⅲ： 50 mg·kg^-1）和Cd（80 mg·kg^-1）进行老化实验,运用in vitro和SHIME模型评估老化后土壤Cd的生物可给性。结果表明：不同老化天数（第1 d： D1,第30 d： D30,第60 d： D60）复合污染土壤中Cd的生物可给性有所差异。随着土壤老化时间的延长,重金属Cd的生物可给性不断降低,表现为D60 < D30 < D1。复合污染土壤中随着环丙沙星浓度的增加,D1、D30和D60胃阶段Cd的生物可给性有所变化,但处理间差异均不显著（P>0.05）; D1和D30小肠阶段Cd的生物可给性呈逐渐降低的趋势,D60小肠阶段Cd的生物可给性呈增加的趋势;在结肠阶段,D30和D60各处理（D30 CIPⅠ+Cd处理除外）Cd的生物可给性均高于对照处理,且CIPⅢ+Cd处理达到最大。胃阶段不同停留时间（20、40、60 min）Cd生物可给性动态变化结果显示,60 min时Cd的生物可给性达到最大,20 min时各处理土壤中Cd的生物可给性变幅最大,Cd的生物可给性在胃阶段不同停留时间变化呈先快后慢趋势。研究表明,环丙沙星和Cd复合污染土壤中Cd的生物可给性在胃阶段较高,在小肠和结肠阶段较低。环丙沙星的添加对胃阶段Cd的生物可给性无显著影响,而对小肠和结肠阶段Cd的生物可给性有一定的影响,与未添加环丙沙星的对照处理相比,添加25、50 mg·kg^-1环丙沙星显著提高了老化30 d结肠阶段和老化60 d小肠阶段Cd的生物可给性。     

土壤镉污染对小麦生长及镉吸收的影响

为明确小麦对镉的吸收状况,以扬麦13号为材料,采用盆栽试验,分析了不同外源镉污染水平（0、5、10、20 mg·kg^-1和50mg·kg^-1）对小麦生长状况、光合生理指标、磷含量及镉吸收的影响,并使用目标危险系数（THQ）法预估了食用该小麦籽粒对人体健康产生的风险。结果表明,低浓度的外源镉（<10 mg·kg^-1）未显著影响小麦的生长速率、各部位生物量、光合生理指标和小麦各部位的磷含量。但当外源镉浓度增大时,小麦生长速率受到抑制。当外源镉浓度>20 mg·kg^-1时,小麦生物量、蒸腾速率及磷含量显著降低。小麦各部位的镉含量及籽粒中镉的THQ值都随镉污染水平的增大而增加,各污染水平下THQ值均大于1,且儿童的THQ值大于成人。研究结果显示,虽然中、低浓度的外源镉不会对小麦生长造成显著的影响,但在该环境中生长的小麦籽粒中的镉含量仍然会对人体造成明显的不利影响,表明仅依靠镉对小麦的生长影响不足以说明镉对小麦及人体的危害,必须综合各个指标来讨论。     

外源钙对镉胁迫下植物生长及耐镉机制研究

镉(Cd)是一种非必需且含有剧毒的重金属元素,经根系吸收、转运和积累对植物有很强的毒害作用。重金属通常不能被降解,易于通过食物链进行生物累积,从而对生态系统和人类健康构成长期威胁,因此应采取措施降低镉污染问题。钙(Ca)是参与各种植物生理过程所必需的大量营养素,如参与植物的生长发育,光合作用,细胞分裂等。由于Ca和Cd之间的化学相似性,Ca可以调节Cd诱导的植物生理代谢变化,因此研究Ca与Cd在植物体内的交互作用具有重要意义。近期研究表明,Ca作为一种外源物质,通过缓解生长抑制,调节重金属的转运和积累,改善光合作用,减轻氧化损伤,从而保护植物免受Cd胁迫。本文综述了钙在镉胁迫下对植物生长,重金属转运和积累,光合作用及氧化胁迫的影响。     

镉处理对茴香镉吸收累积与生理指标的影响

采用水培方法,以茴香为材料,研究了不同镉浓度(0、0.1、1.0、5.0 mg/L)对茴香镉累积及可溶性糖含量、全碳、全氮、全磷、全钾、全钠含量的影响.结果表明,低浓度镉(0.1 mg/L)处理促进茼香植株生长,茴香地上部和地下部的鲜重与干重均高于CK,高浓度镉(5.0 mg/L)处理抑制茴香植株生长,茴香地上部和地下部的鲜重与干重均低于CK;随镉浓度增加,叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖和全碳含量以及C/N比均呈降低趋势,全氮和全磷含量均呈增加趋势,钾含量均低于CK,但与CK差异均不显著,钠含量呈逐渐降低趋势,并以0.1 mg/L镉浓度处理为最大,与其他各处理差异均达显著水平;随镉浓度增加,茴香植株对镉的吸收累积情况呈增加趋势,且各处理之间差异均达显著水平.     

镉胁迫对巴西蘑菇镉亚细胞分布和非蛋白巯基的影响

本研究以不同浓度镉胁迫下的巴西蘑菇菌株J1（高Cd积累菌株）和J77（低Cd积累菌株）为实验材料，通过差速离心和酶联免疫法（ELISA），研究了菌丝生长、镉亚细胞分布、细胞内镉螯合相关的小分子非蛋白巯基化合物含量的变化以及小分子非蛋白巯基化合物代谢酶的活性，从细胞水平及酶学活性方面揭示了不同镉积累菌株对镉胁迫的响应机制。结果显示：随着外源添加镉浓度增加，2个菌株菌丝生长均受到抑制，出现大量气生菌丝，且J77气生菌丝多于J1； J1和J77菌丝中镉的分布规律均为细胞壁>细胞液>细胞器，表明细胞壁具有固持Cd²⁺的作用；菌株J77中谷胱甘肽硫转移酶（GST）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性均高于J1； J77和J1中植物螯合肽（PCs）和非蛋白巯基（NPT）含量变化趋势一致，表现出“低促高抑”；相关性分析显示，镉胁迫与GSH-Px活性呈正相关关系，NPT含量与PCs含量呈极显著正相关。巴西蘑菇菌丝体镉解毒机制包括细胞壁沉积和重金属分区，非蛋白巯基物质的合成，不同菌株对镉胁迫响应存在差异。     

水稻营养器官镉积累特性对稻米镉含量的影响

为了明确水稻营养器官对镉的拦截作用,对3个水稻基因型关键器官的镉积累特性进行了比较研究。盆栽试验结果表明：高镉积累型水稻T优705茎基部（蘖节）、穗轴和籽粒的镉含量及穗轴向籽粒转运镉的比例显著高于低镉积累型水稻朝阳1号B和湘早籼24。稻穗在含镉0.9~4.5 μmol·L^-1的Hoagland营养液中灌浆时,T优705籽粒基部拦截镉的能力最弱,稻米镉含量（y）和穗轴中的镉含量（x）呈显著线性相关（y=ax+b）,穗轴中的镉含量每增加1.0 mg,朝阳1号B、湘早籼24和T优705稻米中的镉含量分别增加0.01、0.11 mg和0.14 mg。在0.9~18.0 μmol·L^-1的镉溶液中,进入离体叶片的镉离子数量直接决定着叶绿素的衰减速率,镉含量每增加1.0 mg,朝阳1号B和湘早籼24的叶绿素含量降低0.02 mg左右,而T优705的叶绿素含量只降低0.01 mg。在相同的镉胁迫环境中,T优705离体叶片的氧化损伤程度较轻,释放的O₂^-和H₂O₂数量显著少于朝阳1号B和湘早籼24。这些结果表明,低镉积累型水稻籽粒基部对镉的拦截能力强,叶片耐镉性差,而高镉积累型水稻籽粒基部对镉的拦截能力弱,叶片耐镉性强;离体稻穗的镉转运特性和离体叶片的耐镉能力可以作为快速筛选低镉积累水稻品种的重要依据。