外源磷对砷胁迫下挺水植物抗氧化酶系统的影响

为探讨外源磷输入对底泥砷胁迫下挺水植物香蒲(Typha angustifolia L.)抗氧化酶系统的影响,测量0 mg/kg、150 mg/kg、600 mg/kg 3种砷水平胁迫下,输入0 mg/L、2 mg/L、20 mg/L 3种外源磷水平后香蒲抗氧化酶活性变化。结果表明,(1)低质量浓度磷(2 mg/L)和低含量砷(150 mg/kg)处理提高了香蒲鲜质量;(2)外源磷输入刺激了底泥无砷处理下香蒲超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性上升,抑制了谷胱甘肽(GSH)活性,高质量浓度磷(20 mg/L)处理下抑制作用增大,同时也促进丙二醛(MDA)的产生;无外源磷输入时,底泥添加低含量砷处理促进SOD活性和MDA积累量上升,高含量砷(600 mg/kg)处理抑制了CAT和GSH活性;(3)低质量浓度外源磷输入提高了底泥砷胁迫处理下香蒲体内抗氧化酶活性,降低MDA积累量。外源磷提高了底泥砷胁迫下香蒲抗氧化酶系统活性,但是这种刺激作用有一定的限度。香蒲比一般蕨类和苔藓类植物更有生长优势,所以香蒲具有修复面临的磷富营养化和砷污染双风险湿地的巨大潜力。     

不同砷污染程度下香蒲生长与砷富集特征

为探究典型湿地挺水植物香蒲(Typha angustifolia L.)在砷(As)污染下的生长状况,以及香蒲中As的累积与迁移特征,设置As_0、As_(50)、As_(150)、As_(600)4个梯度As污染生境,对应底泥中As含量分别为0、50、150、600 mg·kg~(-1),探析As胁迫下生命周期内(生长期、成熟期、萎黄期)香蒲的生长发育、As累积特征及其对土壤中As的提取效果。结果表明:在4种程度As胁迫下香蒲均能完成生命周期,结出种子柱头。生长期,As_(50)处理香蒲根系耐性指数最高,达到132.38%,As_(150)处理香蒲生物量为19.12 g,较As_0处理高出34.08%;As_(600)处理生物量积累为12.35 g,较As_0处理减少13.39%,此时香蒲根系耐性指数最小,为65.23%。成熟期,As_(50)处理香蒲生物量累积最大,达到72.23 g,较As_0处理高出28.70%,此时香蒲根系耐性指数最高,为149.25%;As_(600)处理生物量积累最低,香蒲根系耐性指数最小。萎黄期,As_(50)处理香蒲生物量累积最高,达到79.23 g,较As_0处理高出23.94%,此时香蒲根系耐性指数最高,达到119.28%;As_(600)处理下生物量积累最低,较As_0处理下降13.47%。在香蒲生长的3个阶段,底泥As含量为0～50 mg·kg~(-1)时香蒲叶片谷胱甘肽活性最高;As_(50)和As_(150)处理的PSⅡ光合反应系统最大光合潜力(F_v/F_m)均高于As_0处理,而As_(600)处理下香蒲F_v/F_m最低,此时叶片超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量最高;香蒲地下部对As的生物富集系数大于地上部,植株间转运系数为0.09～1.10,香蒲对底泥中As的固定率大于去除率,提取量和单位面积迁移量与底泥中As含量呈极显著正相关。说明香蒲可以耐高浓度As胁迫并正常生长,对As污染湿地底泥有良好的修复效果,可以将香蒲作为As污染湿地植物建群种,香蒲生长达到萎黄期之前增加对香蒲的收获和更换次数可以获得更好的修复效果。     

不同砷污染程度下香蒲生长与砷富集特征

为探究典型湿地挺水植物香蒲(Typha angustifolia L.)在砷(As)污染下的生长状况,以及香蒲中As的累积与迁移特征,设置As₀、As₅₀、As₁₅₀、As₆₀₀ 4个梯度As污染生境,对应底泥中As含量分别为0、50、150、600 mg·kg^-1,探析As胁迫下生命周期内(生长期、成熟期、萎黄期)香蒲的生长发育、As累积特征及其对土壤中As的提取效果。结果表明:在4种程度As胁迫下香蒲均能完成生命周期,结出种子柱头。生长期,As₅₀处理香蒲根系耐性指数最高,达到132.38%;As₁₅₀处理香蒲生物量为19.12 g,较As₀处理高出34.08%;As₆₀₀处理生物量积累为12.35 g,较As₀处理减少13.39%,此时香蒲根系耐性指数最小,为65.23%。成熟期,As₅₀处理香蒲生物量累积最大,达到72.23 g,较As₀处理高出28.70%,此时香蒲根系耐性指数最高,为149.25%;As₆₀₀处理生物量积累最低,香蒲根系耐性指数最小。萎黄期,As₅₀处理香蒲生物量累积最高,达到79.23 g,较As₀处理高出23.94%,此时香蒲根系耐性指数最高,达到119.28%;As₆₀₀处理下生物量积累最低,较As₀处理下降13.47%。在香蒲生长的3个阶段,底泥As含量为0 ~50 mg·kg^-1时香蒲叶片谷胱甘肽活性最高;As₅₀和As₁₅₀处理的PSⅡ光合反应系统最大光合潜力(F_v/F_m)均高于As₀处理,而As₆₀₀处理下香蒲F_v/F_m最低,此时叶片超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量最高;香蒲地下部对As的生物富集系数大于地上部,植株间转运系数为0.09~1.10,香蒲对底泥中As的固定率大于去除率,提取量和单位面积迁移量与底泥中As含量呈极显著正相关。说明香蒲可以耐高浓度As胁迫并正常生长,对As污染湿地底泥有良好的修复效果,可以将香蒲作为As污染湿地植物建群种,香蒲生长达到萎黄期之前增加对香蒲的收获和更换次数可以获得更好的修复效果。     

外源磷对湿地底泥砷形态及土壤酶活性的影响

通过模拟湿地环境进行土培试验,设置4个砷污染处理(0、50、150、600 mg/kg),4个外源磷输入处理(0、0.2、2、20 mg/L),培养60 d后对底泥理化性质、总砷及砷形态、土壤磷酸酶、脱氢酶和脲酶进行检测,分析砷污染底泥环境下外源磷输入对底泥无机砷形态分布以土壤酶活性的影响。结果表明:外源磷对砷污染底泥pH、EC值、DO值和Eh值的影响显著;外源磷输入能显著降低底泥总砷的含量,并且底泥砷的生物有效性系数随着输入外源磷的增加而降低;砷对3种土壤酶的抑制程度为磷酸酶脱氢酶脲酶,外源磷对砷污染湿地底泥脱氢酶有显著的激活效应;脲酶对砷污染不敏感,600 mg/kg处理对脲酶活性有一定抑制作用,外源磷对脲酶活性有一定激活作用;磷酸酶活性与底泥砷浓度存在显著负相关关系,外源磷能提升底泥磷酸酶活性。外源磷能有效降低底泥总砷的含量,同时外源磷对底泥砷的土壤酶毒性有缓冲作用,对土壤酶活性具有保护效应。     

不同磷浓度对钝顶螺旋藻吸附、吸收和转化砷酸盐的影响

采用室内培养实验,首先用0~300μg·L-1砷酸盐[As(Ⅴ)]处理钝顶螺旋藻(Spirulina platensis),分析了螺旋藻对As(Ⅴ)的吸附和吸收特性,并在300μg·L-1 As(Ⅴ)处理下,研究了不同磷浓度(P正、1/10 P正、1/25 P正、1/50 P正)对螺旋藻吸附、吸收和转化As(Ⅴ)的影响。结果表明,在本研究As(Ⅴ)处理范围内,螺旋藻的干重与对照没有显著差异。随着As(Ⅴ)浓度的升高,藻体富集的总砷含量增加,当As(Ⅴ)处理浓度为150~300μg·L-1时砷富集量为1.006~1.569 mg·kg-1,超过了国家保健(功能)食品的砷污染限量1.0 mg·kg-1(GB 16740—1997)。随着培养基中磷浓度的降低,螺旋藻体内吸收的砷含量呈现增多趋势。在正常磷(P正)和1/10 P正条件下,螺旋藻体内的砷均为As(Ⅴ);当磷浓度降低至1/25 P正时,藻细胞中的砷有3.28%为As(Ⅲ);当磷浓度降低为1/50 P正时,螺旋藻吸收的砷增加至1.457 mg·kg-1,其中有9.24%和37.35%分别转化为As(Ⅲ)和二甲基砷(DMA),表明降低培养基中磷浓度促进了螺旋藻体对As(Ⅴ)的吸收、还原和甲基化,但藻细胞中砷的主要形态仍为As(Ⅴ)。在正常磷浓度培养下,藻体富集的砷以藻细胞表面吸附为主,通过磷酸盐缓冲液脱附可去除95%以上螺旋藻富集的砷。     

水葫芦和香蒲对富营养化水体及其底泥养分的吸收

为探明水葫芦、香蒲改善富营养化水体水质的效果及其对底泥养分释放的影响,以其为试材,采用人工模拟试验方法,分析其对不同富营养化水体及其底泥养分吸收的情况。结果显示:水葫芦比香蒲有更好的适应性,在不同浓度的水体中生物量快速增加,而香蒲则需要较长的适应期;在总氮、总磷浓度分别为3.2～14.2 mg/L和0.2～1.0 mg/L的富营养化水体中,水葫芦、香蒲均可有效地消减上覆水中总氮和总磷。处理3个月后,水葫芦净化系统的总氮、总磷浓度分别降至0.84～0.86 mg/L、0.035～0.044 mg/L,对水体总氮、总磷的去除量分别为72.0%～94.0%、82.5%～98.1%,总氮、总磷的负荷去除量分别为18.4～105.8 mg/(m2.d)、1.3～7.6mg/(m2.d);香蒲净化系统的总氮、总磷的浓度分别降至0.96～1.09 mg/L、0.030～0.062 mg/L,对总氮、总磷的去除率分别为66.0%～92.8%、77.0%～93.8%,总氮、总磷的负荷去除量分别为8.4～52.3 mg/(m2.d)、0.6～3.7 mg/(m2.d)。表明水生植物水葫芦和香蒲可有效消减富营养化湖泊水体氮、磷等内源污染物,对富营养化水体水质具有良好的改善效果。     

弱光对番茄幼苗PSⅡ热失活的影响

通过测定叶绿素荧光参数,探讨了弱光[100μmol/(m2.s)]对番茄PSⅡ热失活的影响。在25～40℃处理下,Fo、Fv/Fm、TRo/CS、ETo/CS和DIo/CS变化不大,而45～50℃下黑暗处理引起番茄叶片Fv/Fm、TRo/CS和ETo/CS明显下降,Fo和DIo/CS显著升高,但弱光条件下,Fv/Fm、TRo/CS和ETo/CS下降的幅度小,Fo上升的幅度小。     

外源ALA对板蓝根幼苗光合特性及叶绿素荧光参数的影响

以板蓝根品种安徽亳州种为试材,研究了不同浓度(200、400 mg/L)ALA对板蓝根幼苗光合特性和叶绿素荧光参数的影响。结果表明,与喷蒸馏水相比,板蓝根幼苗叶片的净光合速率(Pn),气孔导度(Gs),蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)显著提高,略提高了板蓝根水分利用率。200、400 mg/L ALA处理后,初始荧光(Fo)极显著(P0.01)降低,降低幅度分别为7.6%、14.7%;与喷蒸馏水相比,200 mg/L外源ALA处理最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、最大光化学效率(Fv/Fm)、潜在光化学效率(Fv/Fo)、光能获取能力(1/Fo-1/Fm)分别提高1.06%、2.98%、1.97%、11.44%,10.98%;400 mg/L外源ALA处理分别提高1.72%,5.54%、3.81%、23.72%,23.53%,除(1/Fo-1/Fm)处理之间差异显著(P 0.05)外,其余指标处理间差异均达极显著(P0.01)水平。喷施ALA能提高板蓝根幼苗植株的光合能力。     

不同光质对金线莲组培苗叶绿素含量及叶绿素荧光参数的影响

为了研究不同光质光强处理对金线莲组培苗生长的影响,采用不同光质LED作为人工光源对漳州金线莲进行继代培养。结果显示：红光处理有利于株高生长,其叶绿素含量、Fv/Fm和Fv/Fo值均较小,其中70 μmol/(m2·s)红光处理时金线莲高度达到6.26 cm,但此时其叶绿素含量a、叶绿素含量b、叶绿素总量、Fv/Fm和Fv/Fo值仅分别为1.19 mg/g、0.55 mg/g、1.73 mg/g、0.572和1.34;绿光对金线莲各项指标均无促进作用,且不同强度处理之间差异不显著;蓝光处理对金线莲组培苗叶片生长和生物量积累均有促进作用,金线莲叶绿素含量、Fv/Fm和Fv/Fo值相对较高,但会抑制株高生长,其中70 μmol/(m2·s)蓝光处理时金线莲鲜重、干重、干重/鲜重、叶绿素含量a、叶绿素含量b、叶绿素总量、Fv/Fm和Fv/Fo值分别为1.47 g、0.19 g、0.130、1.83 mg/g、0.71 mg/g、2.54 mg/g、0.801和4.02,但其高度仅为4.56 cm。由此得出,红光有利于植物地上部分生长,但是会造成植株徒长,绿光对植物光合作用影响较小,蓝光对组培苗具有一定的矮化壮苗作用。     

Sunfan叶绿素及荧光参数对矮壮素的响应

以1年生澳大利亚‘太阳扇’(Scaevola aemula‘Sunfan’)扦插苗为试验材料,研究了(10,50,100,200,300)mg/L矮壮素(CCC)处理对Sunfan叶片叶绿素a(Cha),叶绿素b(Chb),叶绿素总量(Chl)和叶绿素荧光参数[PSⅡ的最大光化学效率Fv/Fm,PSⅡ天线转化效率Fv′/Fm′,潜在光化学活性Fv/Fo,实际光化学效率ΦPSⅡ,电子传递速率ETR,光化学猝灭qP,非光化学猝灭NPQ,PSⅡ处调节性能量耗散的量子产量Y(NPQ)]的影响.结果表明:(10,50,100,200,300)mg/L CCC处理均可显著提高Sunfan叶片的Cha,Chb,Chl,Fv/Fm,Fv′/Fm′,Fv/Fo,ΦPSⅡ,ETR,qP(p0.05),且均随着CCC质量浓度的增加呈先增大后减小趋势;CCC处理可显著降低Y(NPQ),NPQ(p0.05),且均随着CCC质量浓度的增加呈递减趋势.当质量浓度为200 mg/L时,Cha,Chb,Chl,Fv/Fm,Fv′/Fm′,Fv/Fo,ΦPSⅡ,ETR达到最大值.相关分析表明,Cha,Chb,Chl均与Fv/Fm,Fv′/Fm′,Fv/Fo,ETR,ΦPSⅡ,qP呈极显著正相关(p0.01),但与NPQ均呈负相关,与Y(NPQ)均呈显著负相关(p0.05).由回归分析可知,Cha随着Fv/Fm值,qP值的增加而增加;Chb随着Fv/Fm值的增加而增加;Chl随着Fv/Fm值,qP值的增加而增加.     

The ecology of arsenic

Arsenic is a metalloid whose name conjures up images of murder. Nonetheless, certain prokaryotes use arsenic oxyanions for energy generation, either by oxidizing arsenite or by respiring arsenate. These microbes are phylogenetically diverse and occur in a wide range of habitats. Arsenic cycling may take place in the absence of oxygen and can contribute to organic matter oxidation. In aquifers, these microbial reactions may mobilize arsenic from the solid to the aqueous phase, resulting in contaminated drinking water. Here we review what is known about arsenic-metabolizing bacteria and their potential impact on speciation and mobilization of arsenic in nature.     

Reduction of arsenic bioavailability by amending seven inorganic materials in arsenic contaminated soil

Seven inorganic amendment materials were added into arsenic(As) contaminated soil at a rate of 0.5%(w/w); the materials used were sepiolite, red mud, iron grit, phosphogypsum, ferrihydrite, iron phosphate, and layered double oxides(LDO). Plant growth trials using rape(edible rape, Brassia campestris L.) as a bio-indicator are commonly used to assess As bioavailability in soils. In this study, B. campestris was grown in a contaminated soil for 50 days. All of the inorganic amendments significantly inhibited the uptake of As by B. campestris. Following soil treatment with the seven aforementioned inorganic ammendments, the As concentrations in the edible parts of B. campestris were reduced by 28.6, 10.5, 8.7, 31.0, 47.4, 25.3, and 28.8%, respectively, as compared with the plants grown in control soil. The most effective amendment was ferrihydrite, which reduced As concentration in B. campestris from 1.84 to 0.97 mg kg–1, compared to control. Furthermore, ferrihydrite-treated soils had a remarkable decrease in both non-specifically sorbed As and available-As by 67 and 20%, respectively, comparing to control. Phosphogypsum was the most cost-effective amendment and it showed excellent performance in reducing the water soluble As in soils by 31% and inhibiting As uptake in B. campestris by 21% comparing to control. Additionally, obvious differences in As transfer rates were observed in the various amendments. The seven amendment materials used in this study all showed potential reduction of As bioavailability and influence on plant growth and other biological processes still need to be further explored in the long term.     

砷污染下菌根接种对番茄生长和砷吸收的效应

为研究砷(As)污染条件下菌根真菌对番茄植株生长和砷吸收的效应,采用盆栽法,以全生育期的番茄植株为材料,对生长在不同砷浓度土壤中的番茄植株接种菌根真菌进行研究。结果表明:无论是接种还是不接种处理,基质砷添加水平增加植株总根长和比根长均呈现减少趋势;砷添加浓度从0 mg/kg增加到100mg/kg时,植株根冠比增加,但砷添加浓度为200 mg/kg时,对照植株根冠比在整个生育期明显增加,而在开花期和坐果期接种显著降低了植株根冠比;添加砷显著增加地上部分和根系砷含量,加砷后结果率显著降低,未接种植株结果量明显减少且质量下降,在200 mg/kg时,接种还是未接种植株均不结果实,但加砷条件下接种降低番茄果实中的含砷量和砷吸收量。     

Induction of gene amplification by arsenic

Arsenic is a well-established carcinogen in humans, but there is little evidence for its carcinogenicity in animals and it is inactive as an initiator or tumor promoter in two-stage models of carcinogenicity in mice. Two arsenic salts (sodium arsenite and sodium arsenate) induced a high frequency of methotrexate-resistant 3T6 cells, which were shown to have amplified copies of the dihydrofolate reductase gene. The ability of arsenic to induce gene amplification may relate to its carcinogenic effects in humans since amplification of oncogenes is observed in many human tumors. The inability of arsenic to induce gene mutations may relate to the negative results of arsenic in long-term animal studies and suggests that these experiments may not detect some environmental agents that act late in the carcinogenic process in humans.     

条斑紫菜中无机砷含量及海区环境痕量砷的分析

通过分析我国条斑紫菜主产区紫菜产品中无机砷、栽培海区海水、沉积物中总砷含量在整个生产周期中的变化情况,初步探讨栽培海区环境中砷含量与条斑紫菜中砷含量的关系。于2012-2013年紫菜栽培季节,按实际生产的采收批次,分别采收条斑紫菜原藻、加工品,对样品中的无机砷含量进行测定与分析,并对栽培海区的海水及表层沉积物中总砷进行定量检测与分析。结果显示,江苏省条斑紫菜原藻样品中无机砷含量为0.22~0.70mg/kg,加工品中无机砷含量为0.12~0.32 mg/kg,原藻及加工品中的无机砷含量随生产阶段的推后呈下降趋势,完全符合国家食品安全限量标准;栽培海区海水总砷含量为0.000 83~0.004 91mg/L,在整个生产周期都低于国家养殖用水水质标准对砷的限量要求,栽培海区海水中的总砷与当地紫菜产品中的无机砷之间总体呈正相关关系;表层沉积物中总砷含量范围为15.435~58.900μg/g,与条斑紫菜中无机砷含量没有明显的相关性。     

砷污染土壤不同比例客土对大豆生长和吸收砷的影响

为探究砷污染土壤的客土修复效果,利用在农业部岳阳实验站的微区试验,研究不同客土比例与方式对砷污染土壤的修复效果及其对大豆生长、吸收砷等的影响。结果表明:污染土壤与客土不同比例混合后能使土壤的砷含量不同程度降低,且其含量降幅与客土比例正相关,相应地,大豆对砷的吸收和累积量随客土比例的增加而减少。与对照(即污染土壤)相比较,污染土壤和清洁土壤比例为60∶40时,大豆地上部总生物量(含茎、叶、荚和籽粒)达到最大值,且根、茎、叶、荚和籽粒的砷含量分别比对照降低30.1%、45.3%、39.8%、66.9%和82.8%;其他不同客土比例处理下,大豆各部位的砷含量均与客土比例存在显著的正相关关系。研究表明,合适比例的客土可以降低土壤和大豆砷含量,并促进大豆生长。     

不同改良剂和水分管理对水稻吸收积累砷的影响

为筛选出有效治理As污染农田土壤的修复模式,采用盆栽试验的方法,比较了不同混合改良剂和水分管理对As污染土壤中水稻吸收积累As的影响。结果表明,土壤以及水稻籽粒、茎叶和根系中的As含量在不淹水条件下较低,在淹水条件下较高,在孕穗期至灌浆期淹水条件下处于前两者之间。不同水分管理方式下,添加Si+Mo使籽粒As含量降低4.8%～19.9%,茎叶As含量降低16.9%～56.3%;添加Fe+Ca使籽粒As含量降低26.6%～50.6%,茎叶As含量降低40.3%～81.2%。添加改良剂还能降低水稻根系向茎叶和籽粒转运As的能力。综合而言,不淹水+Fe+Ca处理降低水稻As含量的效果最明显。     

洛克沙生对肉鸭生产性能和砷残留及组织病变的影响

在饲粮中添加不同水平 (0 ,2 5 ,5 0 ,75mg·kg-1)的有机砷制剂洛克沙生 ,研究其对肉鸭生产性能、组织内残留及组织病变的影响。结果表明 :肉鸭生产性能随洛克沙生的添加量增加而下降 ,各试验组的肉鸭增重均显著低于对照组(P <0 0 5 ) ,尤以 75mg·kg-1组为最低 ;饲料转化率亦最差 ,而 5 0mg·kg-1组饲料转化率最高。试鸭患腿病数及组织中砷残留量均随洛克沙生添加量增加而明显提高 ,添加 5 0和 75mg·kg-1时 ,患腿病鸭分别达 8 1%和 2 5 6 % ;肝脏中砷含量分别达 2 72和 2 2 3mg·kg-1;75mg·kg-1组肌肉中砷残留量达 0 5 2mg·kg-1,均超过了FDA规定的允许残留量。血液及爪中的砷残留量受添加量影响较小。公鸭组织砷残留量高于母鸭。停药 5d后 ,各试验组鸭组织和血液中砷残留量均显著下降。组织病理学检查表明 ,随洛克沙生添加量增加 ,肝、脾脏病变程度加重。