类芦对铅镉的吸收动力特性及亚细胞分布规律研究

以南方水土保持植物类芦为研究对象,采用营养液培养的方法,以Pb、Cd为目标污染物,设置不同的胁迫浓度和时间,胁迫后测定类芦体内重金属的含量和亚细胞分布。结果分析发现,类芦体内重金属含量与浓度和时间有显著的关系,可利用Freundlich方程和Michaelis-Menten方程进行拟合,R~20.95,相关性强。通过拟合发现,重金属主要分布在根部,类芦对Pb的吸收能力更强(最高含量达到4 687.87 mg·kg~(-1)),但是对Cd的吸收速率增长更为明显,即类芦在吸收Cd方面有一定的潜力。就亚细胞分布而言,两种重金属均主要分布在细胞壁和可溶组分中,不同浓度和时间处理下,两个组分中的重金属含量共占总量的60%以上。由此说明,类芦对Pb的吸收能力更强,同时,类芦通过改变重金属的亚细胞分布来降低重金属的毒害作用,维持自身的稳态。     

类芦根细胞壁对铅的吸附固定机制

为探究类芦对Pb的耐性机制,采用对根细胞壁化学改性处理,测定Pb吸附动力学。结果表明,通过酯化改性去除部分羟基官能团后的根细胞壁对Pb~(2+)的吸附量相对降低了68.1%,其次为通过果胶酶改性去除部分果胶和通过甲基化改性去除部分氨基后的细胞壁,对Pb2+的吸附量相对降低48.9%与41.1%。利用傅里叶红外光谱分析,再结合FTIR图可得出,果胶提供的羟基基团、纤维素和半纤维素提供的羧基基团以及细胞壁蛋白提供的氨基官能团都是类芦固定Pb~(2+)的重要位点。研究表明,细胞壁组分中的羟基、羧基和氨基可以提供Pb结合位点,特别是羟基官能团可以使细胞壁对Pb具有较高的吸附固定能力,这也是类芦能够抵御Pb胁迫的一种重要机制。     

博落回对铅的耐性、富集及生理响应研究

以草本植物博落回（Macleaya cordata）为供试植物,采用沙培盆栽实验研究其对重金属铅（Pb）的耐性、富集及生理响应机制。结果表明：博落回能耐受500 mg/L的Pb胁迫而其生长发育不受影响,高于此浓度时植株生长发育受到抑制。不同组织对Pb的富集能力表现为根>茎>叶,博落回对Pb的富集与转运能力皆随Pb胁迫浓度的升高而减弱。Pb胁迫引起丙二醛（Malondialdehyde, MDA）在植物体内累积。低于500 mg/L的Pb促进叶绿素、可溶性蛋白的合成和抗氧化酶活性的提高,高于此浓度时,则表现为抑制,且导致膜脂过氧化与生物膜的损伤。Pb主要以迁移活性低的化学形态存在于细胞壁和可溶性组分中,浓度升高会导致Pb向迁移毒性强的形态转化。透射电子显微镜（TEM）观察到高浓度的Pb胁迫会损害细胞壁结构,使Pb进入细胞内部,对细胞造成毒害。傅里叶红外光谱仪（FTIR）分析表明,Pb胁迫会提高细胞内-OH、-COOH等基团和有机酸、蛋白质的含量,在低浓度时可与Pb结合,削弱其对博落回的毒性。     

铅胁迫下不同茶树的生理响应及其亚细胞水平铅分布特性分析

为了分析不同茶树对Pb胁迫的生理响应及其组织亚细胞Pb分布特性,采用盆栽种植法,以铁观音、肉桂两种茶树为材料进行了分析,以期为重金属对茶树毒害机理和茶树对重金属的自我防御研究提供理论依据。结果表明:随着Pb胁迫浓度的增加,茶树叶片超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)活性呈现下降趋势,且肉桂对Pb胁迫的耐受性高于铁观音;相同浓度Pb胁迫下,两种茶树不同组织亚细胞中的总Pb含量显著差异;此外,Pb胁迫下,为降低Pb~(2+)毒害,铁观音茶树表现为提高植物细胞溶质与细胞器中的Pb~(2+)比例,肉桂茶树表现为增加植物细胞壁中的Pb~(2+)结合率。可见,Pb胁迫下,不同茶树的解毒方式存在差异。     

碱蓬和滨藜对镉和钠吸收、转运及亚细胞分布特性的比较研究

采用水培试验方法,比较了不同类型盐生植物碱蓬和滨藜的Cd耐性,研究了两者对Cd和Na的富集规律及亚细胞水平上的Cd解毒机制差异。结果表明,Cd胁迫下碱蓬和滨藜的根长、株高及干重等均受到不同程度的抑制,两者的表观毒害症状及对Cd的响应敏感度也存在明显差异;根系耐性指数可以作为评价两者Cd耐性的指标,碱蓬表现出更强的Cd耐性。另外,除1μmol·L-1Cd胁迫下,碱蓬根表的单位面积Cd吸附量均显著高于滨藜;两者吸收的Na大量转运至地上部,吸收的Cd则主要富集在根部,但碱蓬对Cd的转运能力比滨藜弱。亚细胞分布分析发现,两种盐生植物各器官中Cd均主要分布于细胞壁,其次为胞液;细胞壁的固定为两者亚细胞水平上的主要Cd解毒机制,且碱蓬不同器官细胞壁的固定能力比滨藜强,根部Cd亚细胞分布特性对Cd从根部向地上部转运有显著影响。Cd胁迫除产生直接毒害外,也影响碱蓬和滨藜地上部及根部的Na含量,干扰了两者不同器官及亚细胞水平上的正常Na稳态。     

铬诱导下薄荷的氧化胁迫响应和铬分布

为探讨薄荷(Mentha haplocalyx Briq.)耐受和富集重金属铬的生理机制,采用盆栽法研究不同质量浓度、不同处理时间Cr6+对薄荷不同器官中抗氧化酶(SOD,POD,CAT)活性、铬含量和亚细胞组分中铬分布的影响.结果表明:随着Cr6+质量浓度的增加,SOD,POD,CAT 3种酶活性呈先升后降的趋势,在Cr6+质量浓度为40 mg/L时,3种酶活性均出现峰值;在50 d内,3种酶活性整体上呈增长趋势.在亚细胞水平上,铬在根中的亚细胞分布从大到小依次为细胞壁、质体、细胞核、线粒体、可溶部分;铬在叶片中的亚细胞分布从大到小依次为可溶部分、细胞壁、叶绿体、细胞核、线粒体.在器官水平上,根中铬含量占整个植株铬含量的80%~93%,为器官中最高.研究表明薄荷体内的抗氧化酶,根中的细胞壁和叶片中的液泡在铬耐受和解毒中起到重要作用.     

铬诱导下薄荷的氧化胁迫响应和铬分布

为探讨薄荷(Mentha haplocalyx Briq.)耐受和富集重金属铬的生理机制,采用盆栽法研究不同质量浓度、不同处理时间Cr6+对薄荷不同器官中抗氧化酶(SOD,POD,CAT)活性、铬含量和亚细胞组分中铬分布的影响.结果表明:随着Cr6+质量浓度的增加,SOD,POD,CAT 3种酶活性呈先升后降的趋势,在Cr6+质量浓度为40 mg/L时,3种酶活性均出现峰值;在50 d内,3种酶活性整体上呈增长趋势.在亚细胞水平上,铬在根中的亚细胞分布从大到小依次为细胞壁、质体、细胞核、线粒体、可溶部分;铬在叶片中的亚细胞分布从大到小依次为可溶部分、细胞壁、叶绿体、细胞核、线粒体.在器官水平上,根中铬含量占整个植株铬含量的80%～93%,为器官中最高.研究表明薄荷体内的抗氧化酶,根中的细胞壁和叶片中的液泡在铬耐受和解毒中起到重要作用.     

铜胁迫下不同茶树的生理响应及亚细胞水平铜分布特性

为了分析不同茶树对Cu胁迫的生理响应及组织亚细胞Cu分布特性,采用水培法,探讨铁观音、肉桂2种茶树在不同浓度Cu胁迫下,茶树根部、叶部生理响应及其亚细胞Cu分布特征,以期为重金属对茶树毒害机制和茶树对重金属的自我防御研究提供理论依据。结果表明,随着Cu胁迫浓度的增加,茶树根部、叶部SOD、POD、CAT活性呈现下降趋势,且肉桂对Cu胁迫的耐受性高于铁观音。相同浓度Cu胁迫下2种茶树不同组织亚细胞中的Cu含量根部大于叶片。正常条件下,2种茶树根部、叶部亚细胞组分中细胞器的Cu含量最高,当胁迫Cu浓度0 mg/L、≤40 mg/L时,细胞溶质Cu含量最高,当胁迫Cu浓度40 mg/L时,细胞壁Cu含量最高。Cu胁迫下,铁观音主要采取提高细胞溶质和细胞器中Cu离子含量来降低Cu离子毒害,而肉桂主要以提高细胞壁中Cu离子的结合率来降低Cu离子毒害,可见不同的茶树在Cu胁迫下所表现的解毒模式存在着一定差异。     

钒在枸杞幼苗中积累、转运及亚细胞分布

通过沙培实验和采用差速离心技术,研究了钒(V)在枸杞幼苗中的积累、转运和亚细胞分布特征.结果表明:V在枸杞不同器官中的含量和分配比例为根＞茎＞叶,随着V处理浓度的增加,枸杞幼苗根中V含量和分配比例显著增大,在V处理浓度为20mg· L-1时,根中V含量达19.80 μg·g-1,占总量的60.1％.枸杞幼苗在V浓度为2、5 mg· L-1时,根富集系数BCF＞1,转运系数TF＜1,表明枸杞植物对V有较强的富集能力,但转运能力较低,其积累的V主要富集在枸杞植株根部,可减轻过量V对茎叶的毒害.V在枸杞叶片中的亚细胞分布规律为F1(细胞壁)＞F4(可溶性组分)＞F2(细胞核)＞F3(线粒体和叶绿体).V在细胞壁和可溶性组分中所占的比例分别为28.3％～52.4％和4.1％～45.2％,表明细胞壁是V在枸杞叶片细胞中的重要分布位点.随着V处理浓度的增加,V在细胞壁中的分配比例减少,而可溶性组分的分配比例相应增加,细胞核、线粒体和叶绿体的分配比例显著下降.细胞壁和细胞质可溶性组分的相互协调,对植物自身解毒重金属起着重要作用,从而增强枸杞植物对重金属V的耐性.     

铅胁迫对金丝草AsA-GSH循环及铅积累的影响

为了探究金丝草的耐铅(Pb)机制,以金丝草为材料,测定不同浓度(0、1000、2000、3000 mg·kg-1)Pb胁迫下金丝草抗坏血酸-谷胱甘肽(As A-GSH)循环和亚细胞分布等指标。结果表明:低浓度(1000 mg·kg-1)Pb胁迫下金丝草叶片谷胱甘肽还原酶(GR)、还原型谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸(As A)含量高于对照,但未达显著水平(P0.05);金丝草根系GR、As A、抗坏血酸过氧化物酶(APX)含量则显著增加(P0.05),较对照增长41.1%、60.6%和74.0%。同时,低浓度(1000 mg·kg-1)Pb胁迫对金丝草根系总根长、根表面积、根平均直径和根体积也有一定促进作用。高浓度(2000、3000 mg·kg-1)Pb胁迫下,金丝草根系总根长、根表面积和根体积显著降低(P0.05),叶片及根系细胞内叶绿体、线粒体、核仁等亚细胞器损伤严重,毒害作用渐显。但金丝草叶片和根系GR、GSH、As A含量在高浓度Pb处理下仍高于对照,细胞壁和可溶性组分Pb含量显著高于低浓度Pb处理(P0.05),且两组分Pb含量占总量69%以上。研究表明,金丝草可通过诱导体内As A-GSH循环响应和Pb在亚细胞的差异化分配,增强植株抗氧化能力,限制Pb转运及其对细胞活跃区域的毒害来适应土壤Pb逆境。     

铅胁迫对紫穗槐光合作用及生理生化特征的影响

以紫穗槐幼苗为材料,通过盆栽试验,研究不同浓度（0、100、300、600 mg·kg^-1）铅（Pb）胁迫条件下,紫穗槐叶片中的丙二醛（MDA）含量、抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性等生理指标和光合作用参数以及叶绿素荧光参数对 Pb 胁迫的响应。结果表明：紫穗槐叶片中 MDA 含量和电解质外渗率随着 Pb 胁迫程度的增加呈升高趋势,Pb 胁迫提高了紫穗槐叶片中抗氧化酶 SOD、POD 的活性;100 mg·kg^-1 Pb 胁迫处理下,紫穗槐净光合速率（Pn）显著高于对照组;Pb 胁迫浓度达到 300 mg·kg^-1 时,紫穗槐抗氧化酶活性、相对叶绿素含量（SPAD 值）显著升高;600 mg·kg^-1 Pb 胁迫下 CAT 活性开始有所降低,光合作用降低主要受非气孔限制因素的影响,对紫穗槐叶绿素荧光特性未造成严重损伤。说明紫穗槐对环境中 Pb（600 mg·kg^-1）污染的耐受能力较强。     

冬季农田杂草荠菜对铅的生理响应及积累特性研究

为寻找新的铅超富集植物以弥补目前国内铅超富集植物的不足,通过盆栽试验,研究了荠菜[Capsella bursa-pastoris(L.)Medic]在不同铅浓度(0、200、400、600、800、1000、1200、1400、1600 mg·kg~(-1))处理下的生长、生理及对铅的积累特性。结果表明,在所有铅处理条件下,荠菜均能正常生长,且未出现任何中毒症状。荠菜的株高、根长、叶长、叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)、地上部与根系生物量均随土壤铅浓度的增加呈现先升高后降低的趋势,且几乎所有铅处理组的生长状况明显优于对照组。荠菜的地上部铅含量和铅积累量、根系铅含量和铅积累量、植株铅积累总量、富集系数、转运系数则随土壤铅浓度的增加而升高。在土壤铅浓度为1000 mg·kg~(-1)时,荠菜地上部、根系的铅含量分别为1 036.14、1 201.37 mg·kg~(-1),超过铅超富集植物临界值(1000 mg·kg~(-1))。地上部富集系数在土壤铅浓度高于600 mg·kg~(-1)时超过1,但转运系数均小于1。同时,荠菜的抗氧化酶活性(SOD、CAT)随土壤铅浓度的增加而升高,丙二醛(MDA)含量和活性氧自由基(H_2O_2、O_2~-)含量则处于较为稳定状态。因此,荠菜不仅有较强的铅富集能力与稳定的转运能力,而且具有较强的耐铅性,可作为一种新的铅富集植物应用于铅污染土壤修复。     

江苏沿岸四种贝类软体铅的含量特征及其风险评价

于2012年9月-2013年8月和2015年3月采集江苏沿岸文蛤、青蛤、杂色蛤、四角蛤蜊4种主要滩涂贝类样品,分析贝类软体铅(Pb)含量及其时空变化特征,采用点估计法和靶标危害系数法评价贝类软体Pb含量对人体暴露的风险。结果表明,采集的江苏沿岸4种主要滩涂贝类软体Pb含量范围为0.05~0.56 mg·kg~(-1),均值为0.23 mg·kg~(-1),所有贝类软体Pb含量均低于GB2762-2012(1.5 mg·kg~(-1))和NY5073-2006(1.0mg·kg~(-1))限值。茅家港站位4种贝类软体中Pb含量均在夏季达到最高值,分别为文蛤0.77 mg·kg~(-1)、青蛤0.12 mg·kg~(-1)、杂色蛤0.23 mg·kg~(-1)、四角蛤蜊0.61 mg·kg~(-1),文蛤和四角蛤蜊月度波动变化较为显著,青蛤和杂色蛤月度变化不显著;空间分布特征为贝类软体Pb含量最高值在S_3站位(陈家港,0.44 mg·kg~(-1)),次高值位于S4站位(滨海港,0.32 mg·kg~(-1)),最低值位于S11站位(洋口港,0.21 mg·kg~(-1)),其余站位差异较小,基本在0.21~0.30 mg·kg~(-1)之间。江苏沿岸居民在正常消费水平下,摄入地产经济贝类后,靶标危害系数(THQ)值均未超过1。风险评价结果显示,正常消费水平下,江苏沿岸4种滩涂贝类软体Pb暴露对目标人群的健康风险较低。     

铁冬青幼苗对污染土壤中铅、镉的耐受、吸收和累积

【目的】研究铁冬青Ilex rotunda在铅（Pb）、镉（Cd）污染土壤上生长的耐受性及其对Pb、Cd的吸收累积能力,为Pb、Cd污染土壤的植物修复提供理论依据。【方法】通过盆栽试验探究单一Pb污染(500、1 000和1 500 mg·kg^-1)和单一Cd污染(10、25和50 mg·kg^-1)对铁冬青幼苗生长、根系形态、养分及Pb或Cd吸收累积的影响。【结果】与对照（无污染土壤）相比,500 mg·kg^-1的Pb处理显著增加铁冬青根生物量和根表面积,500和1 000 mg·kg^-1的Pb处理均显著增加地径和质量指数;1 500 mg·kg^-1的Pb处理显著降低铁冬青生物量、质量指数和全株N累积量,抑制根系生长,但显著提高根、地上部P含量和地上部K含量;Pb污染处理均显著增加铁冬青全株Pb含量以及根、全株Pb累积量,1 500 mg·kg^-1的Pb处理的铁冬青各部位及全株的Pb含量和累积量最大。与对照相比,单一Cd污染对铁冬青生长、根系形态、养分累积...     

高/低Cd累积苋菜品种金属累积特性与关键转运基因表达的关系

采用受污染菜园土进行盆栽试验,研究对Cd累积特性不同的苋菜品种(Amaranth mangostanus L.)对金属的吸收差异。白骨小圆叶油苋菜及正泰小圆叶苋菜地上部分Cd含量分别为(0.116±0.007)mg·kg-1和(0.146±0.002)mg·kg-1,台湾白苋菜及红柳叶苋菜地上部分Cd含量分别为(0.210±0.005)mg·kg-1和(0.349±0.026)mg·kg-1,相比而言前两者属Cd低累积品种,后两者属Cd高累积品种。由于红柳叶苋菜与白骨小圆叶油苋菜Cd含量差异最大,可通过测定两者根系IRT1及HMA4基因表达量,以研究高/低Cd累积特性苋菜品种对金属吸收的差异及其与相关转运蛋白的关系。结果显示,苋菜根系共质体Cd与Fe、Pb的吸收呈极显著正相关(P0.01)。红柳叶苋菜根系原生质体Fe、Cd及Pb含量显著高于白骨小圆叶油苋菜,同时其根系IRT1表达量高于白骨小圆叶油苋菜,表明苋菜根系IRT1基因的较高表达有助于根系从土壤吸收Fe外,可能有助于Cd与Pb的累积。苋菜地上部分Cd与Zn、Fe的吸收呈显著正相关(P0.05),与Pb、Mn、Ca的吸收呈极显著正相关。红柳叶苋菜地上部分Ca、Fe、Mn、Cd、Pb的含量显著高于白骨小圆叶油苋菜,同时其根系HMA4基因表达量高于白骨小圆叶油苋菜,表明苋菜HMA4基因的较高表达可能有利于苋菜将根系吸收的Cd等金属转运至茎叶。     

外源硒对萘胁迫下车前草生长及土壤修复能力的影响

为研究土壤多环芳烃植物修复技术,以萘为典型低分子量多环芳烃代表性污染物,选取车前草(Plantago asiatica L.)为潜在的修复治理植物,通过盆栽模拟试验,探讨外源硒的添加(0.2 mg·kg-1)对萘污染(0、50、200、800 mg·kg-1)条件下的车前草生长、生理特征及土壤修复效果的影响。研究结果显示,在不同浓度萘作用下,车前草生物量、根系形态(根表面积、根体积、根尖数、平均直径)和萘的去除率随土壤萘含量的增加而降低,根部丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)含量和过氧化氢酶(CAT)活性则升高。硒的加入缓解了萘的胁迫作用,使得植物生物量和根系形态较无硒组增加了10.7%以上,MDA含量降低了8.4%～15.8%,过氧化氢酶(CAT)活性提高了4.0%～13.4%,谷胱甘肽(GSH)含量增加了13.1%～33.3%,土壤萘的去除率提高了0.5%～11.6%。结果表明,土壤中的萘抑制了车前草的生长,降低了其对萘的修复效率,而适量浓度的硒可以缓解萘对车前草胁迫,提高其对萘的耐受性,从而增强车前草的植物修复效率。     

两种AMF对巨菌草根际土壤Cd生物可利用性以及Cd积累的影响

利用盆栽巨菌草(Pennisetum sp.)实验,研究了不同土壤镉(Cd)浓度(T0:空白;T1:5 mg·kg~(-1);T2:10 mg·kg~(-1);T3:15 mg·kg~(-1))条件下,接种两种丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)[摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae,Fm)和根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices,Ri)]后土壤中Cd的生物有效性、巨菌草生物量、巨菌草Cd积累量等的变化。结果表明:与不施加菌剂(CK)相比,接种AMF显著降低了土壤中Cd的生物可利用性,在5、10、15 mg·kg~(-1)处理下,接种Fm和Ri后可交换态Cd分别降低了18.65%、20.51%、6.53%和12.54%、16.64%、6.66%;在10、15 mg·kg~(-1)处理下,接种Fm和Ri,植物地上部分生物量分别增加了20.98%、36.94%和36.54%、43.88%,地下部分生物量增加了14.31%、21.79%和25.78%、12.83%。接种AMF显著提高了巨菌草对Cd的吸收能力,其中在5 mg·kg~(-1)处理下接种Ri,巨菌草的重金属富集系数(BCF)最高,达到0.77,由于植物地上、地下部分Cd的含量均增加,巨菌草的Cd转移系数(TF)并没有显著变化。     

EDTA辅助下油菜修复铅、镉单一污染土壤的潜力

采用盆栽试验,研究乙二胺四乙酸二钠(EDTA)辅助下,科源油2号油菜修复铅、镉单一污染土壤的效果.在本实验条件下,EDTA的最佳投加量为5.0 mmol·kg-1时,油菜Pb、Cd吸收量分别达到1 542 mg·kg-1和64 mg·kg-1.该结果表明,EDTA辅助下可显著增强油菜对Pb、Cd的吸收累积,EDTA在诱导油菜修复Pb、Cd污染特别是Pb污染土壤方面具有很大的潜力.