镉对小麦（Triticum aestivum）干物质积累、转移及籽粒产量的影响

采用大田试验以不同镉耐性的洛麦23(镉耐性弱)和中育10号(镉耐性强)为试验材料,研究了镉(0、10、50、100mg·kg-1)对不同镉耐性小麦品种干物质积累、干物质转移、叶面积指数及产量的影响。结果表明,一定浓度范围的Cd胁迫可以增加小麦的叶面积指数,当超过这一浓度范围则呈现为抑制作用,这一临界值因小麦品种不同而异。结果同时表明,一定浓度范围的Cd处理对小麦各器官的干物质积累及同化物转移同样具有促进作用,这一临界值不仅因小麦品种不同而异,也因器官不同而异。镉胁迫导致小麦籽粒产量下降,3个Cd处理下洛麦23籽粒产量较对照依次下降了8.3%、34.3%、51.6%,中育10号产量下降程度较小,依次下降了3.7%、9.5%、29.3%。整体而言,镉胁迫影响了小麦的正常生长发育,导致小麦减产。同时,这种影响也存在品种差异性,镉耐性较大的中育10号叶面积指数受抑制程度较小,干物质积累量较大,各器官同化物转移途径受Cd损伤较轻,最终在籽粒产量上表现优于镉耐性较弱的洛麦23。     

小麦苗期吸收和积累镉能力的品种间差异

采用水培方法,研究了25个小麦品种苗期对镉的吸收和积累的差异,以期筛选具有Cd低积累潜力的小麦品种。结果表明,Cd对地上部干物重有显著抑制作用,对地下部干物重影响因品种而异,对春性品种有抑制作用,对半冬性小麦品种有促进作用。小麦对镉的吸收、积累、耐性指数以及镉运转效率有极显著的品种间差异。在1μmol·L-1的Cd处理下,根系镉含量为33.1～139.7mg·kg-1,积累量为2.12～9.78μg·plant-1,地上部镉含量为3.6～15.3mg·kg-1,积累量为0.45～1.44μg·plant-1,表明小麦体内的Cd主要积累在地下部而非地上部。因此,以地上部Cd积累量为筛选指标,将25个小麦品种划分为Cd高积累型、Cd中积累型、Cd低积累型。     

耐镉细菌菌株的分离及其吸附镉机理研究

从重金属镉污染稻田土壤中筛选到两株对镉具有较强耐性的细菌菌株LCd1和LCd2。通过形态学观察、常规生理生化鉴定以及16S rDNA同源性分析,菌株LCd1和LCd2分别被鉴定为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)和阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)。这两株菌株分别在LB固体培养基上耐受400 mg·L^-1和300 mg·L^-1 的Cd²⁺,在LB液体培养基中耐受80 mg·L^-1和50 mg·L^-1的Cd²⁺。设计实验研究了两株菌株对7种重金属离子的吸附情况,结果显示两株菌都对铅和镉有较高的吸附率,对重金属Cr、Cu、Mn、Ni和Zn的吸附情况则不同,表明两株菌对不同重金属的耐性机制可能存在差异。利用扫描电镜观察发现,与未处理的菌株相比,镉处理菌体表面粗糙,出现不规则凸起,有大量沉淀物聚集,说明胞外沉淀可能是菌株吸附重金属的一个重要途径。进一步通过红外光谱研究了两菌株积累镉及多种重金属离子前后细胞壁表面化学基团的变化情况,结果发现两株菌可能由于本身性质不同,其细胞壁上参与镉及多种重金属吸附的基团不尽相同。     

竹炭施用对土壤镉形态转化和小麦镉积累的影响

原位化学钝化技术是修复重金属污染土壤的重要方法,施用钝化剂可降低土壤重金属活性,减少其迁移及对作物的毒害。采用土壤室内培养和土壤盆栽试验的方法,研究在镉(Cd)污染土壤中施用竹炭(0、0.1%、1.0%和5.0%)对土壤镉活性及对籽粒Cd低积累型小麦Cd吸收与积累的影响。结果表明,施用适量竹炭提高了土壤pH值和有机质含量,降低了土壤有效态Cd含量,其中5.0%竹炭处理的效果最佳。培养120 d,与对照相比,5.0%竹炭处理的土壤pH提高了3.80%(P0.05),土壤有机质含量增加38.35 g/kg,土壤有效态Cd含量降低了0.32 mg/kg。施用竹炭后,土壤酸可提取态Cd先向可还原态Cd转化,最终向可氧化态Cd和残渣态Cd转化。施用竹炭对小麦生物量和籽粒干质量无显著影响,施用适量竹炭可有效降低小麦植株的镉含量,其中5.0%竹炭处理的效果最佳,其处理的小麦根系、地上部和籽粒的镉含量较对照降低34.06%(P0.05)、21.57%、23.33%。     

不同品种小麦种子萌发对镉胁迫的耐性响应

为了筛选出适合徐州地区的Cd耐性小麦品种,通过室内培养法对徐州市主栽的14种小麦种子在40mg·L~(-1)(Cd)胁迫下小麦发芽势、发芽率、胚根长、胚芽长、胚根鲜重及胚芽鲜重等生理指标的分析,探讨不同小麦品种萌发期对镉胁迫的耐性机制。结果表明:不同品种小麦对Cd胁迫的耐性不同,总体小麦发芽势的影响大于发芽率,小麦胚根长度对镉的耐性最弱。聚类分析可将14个小麦品种划分为镉胁迫抑制型(百农AK58和新麦208)、中间型(迁麦1号、新麦288、豫农35及金禾9123)和耐受型(徐麦30、徐麦33、保麦5号、保麦2号、烟农19、百农207、淮麦20和淮麦35)。     

不同玉米品种镉积累及运移差异性研究

为筛选出低积累镉(Cd)的玉米品种,选取25个玉米品种,在Cd污染耕地上进行田间试验,研究Cd在不同玉米品种植株内的积累、转运和富集差异性。结果表明,21个玉米品种籽粒Cd含量符合GB 2715—2005《粮食卫生标准》(≤0.1 mg/kg),但只有济单7号、农华101、郑单136、郑韩358、郑单958、蠡玉37、蠡玉13、先玉335八个品种符合NY 861—2004《粮食及制品中铅、铬、镉、汞、硒、砷、铜、锌等8种元素限量》(≤0.05 mg/kg)。玉米不同器官Cd含量由高到低依次为根、茎叶、籽粒。玉米对重金属的运移及积累研究结果进一步证实,籽粒Cd积累的品种差异主要在于Cd从茎叶向籽粒中转移的能力。8个Cd低积累特性品种从根系向籽粒的Cd转运系数平均为0.002 9,籽粒对土壤中Cd的富集系数平均为0.007 1。其中,济单7号和农华101具有成为Cd低积累特性品种的潜力。     

不同化学生态型紫苏的镉耐性及镉富集能力研究

为探究不同化学生态型紫苏的镉耐性与镉富集能力差异,设置不同浓度镉处理,测定了4种化学生态型紫苏种子的萌发指标及其幼苗的镉含量与镉富集特性。结果显示,10.0 mg·L~(-1)镉处理对PKPA型、EK型和PK-I型紫苏种子的发芽率、发芽势无显著影响,但显著抑制了PK-Ⅱ型紫苏种子的萌发。不同浓度镉处理下,不同生态型紫苏各部位的镉含量均表现为:根(1 052.0～5 337.1 mg·kg~(-1))茎(327.6～807.9 mg·kg~(-1))叶(104.8～343.3 mg·kg~(-1)),全株镉含量在348.1～1 416.73 mg·kg~(-1),远高于镉超富集植物的标准(100 mg·kg~(-1))。不同生态型紫苏的镉富集系数(BCF)存在显著差异,PAPK型、PK-Ⅱ型、EK型紫苏的BCF在2.0 mg·L~(-1)镉处理时最高,依次为252.0、300.5、295.3,显著高于PK-Ⅰ型,后者的BCF在5.0 mg·L~(-1)镉处理时最高(265.5),显著高于PAPK型、PK-Ⅱ型和EK型。不同生态型紫苏的镉富集量均以5.0 mg·L~(-1)镉处理时最高,PK-Ⅰ型紫苏镉总富集量为454.0μg·株~(-1),分别是PAPK型、PK-Ⅱ型和EK型的2.48、1.69倍和2.05倍。不同化学生态型紫苏的镉耐性间存在显著差异,镉胁迫下PK-Ⅰ型紫苏具有较高镉耐性及镉富集能力,可用于后续研究紫苏镉耐性作用机制以及镉污染稻田修复的主要种质资源。     

Delftia sp.B9对镉胁迫下水稻种子萌发及幼苗镉积累的影响

为探讨耐镉细菌Delftia sp. B9对镉(Cd)胁迫下水稻种子萌发及幼苗吸收积累Cd的影响,以两种水稻(华润2号、深两优5814)为材料,研究水稻在3种Cd胁迫浓度(0、0.01、0.1 mg·L~(-1))下添加Delftia sp. B9菌液对水稻幼苗生长和积累Cd的影响。结果表明:Cd胁迫浓度为0.1 mg·L~(-1)时,Delftia sp. B9产吲哚乙酸(IAA)能力与对照相比显著减少2.87 mg·L~(-1),产铁载体相对含量下降17.34%。Cd胁迫浓度为0.1 mg·L~(-1)时,添加Delftia sp. B9菌液对水稻种子萌发和耐性系数有显著的促进作用。Cd胁迫下添加Delftia sp. B9菌液的处理(T3)与对照(T1)相比能显著增加两种水稻幼苗的根长、株高、叶绿素a和叶绿素b含量。添加Delftia sp.B9显著降低两种水稻幼苗根、茎、叶中Cd含量,使华润2号根、茎、叶中Cd含量分别降低63.81%、67.59%、70.84%,使深两优5814根、茎、叶中Cd含量分别降低75.95%、74.84%、80.81%。研究表明,耐镉细菌Delftia sp. B9可促进Cd胁迫下水稻种子萌发,增加水稻幼苗叶绿素含量和株高,并降低根、茎、叶中Cd含量。     

不同小麦品种灌浆期生长和镉积累的差异研究

为了解不同小麦品种灌浆期在镉污染农田中的生长情况和重金属镉积累的差异,本研究以30个小麦品种为材料,探明其在镉污染农田上的生长情况以及镉积累情况。结果表明,30个小麦品种在镉污染条件下能正常生长。不同小麦品种在灌浆期其株高、地上部和根部的生物量均存在着显著的差异,变化范围分别为48.87～77.47 cm、0.89～1.92 g·plant~(-1)、0.05～0.22 g·plant~(-1)。此外,不同小麦品种之间各部位吸收、积累镉的能力也存在明显差异。地上部和根部镉含量的变化范围分别为0.07～0.26、0.37～1.57mg·kg~(-1)。灌浆期镉在小麦体内的分配规律总体上为根地上部。地上部和根部镉积累量的变化范围分别为0.12～0.38、0.04～0.24μg·plant~(-1)。不同小麦品种各部位转运镉的能力存在明显差异,变化范围分别为0.08～0.47,其中淮麦23、冀麦738、宁麦17具有最低的根-地上部转运系数。成熟期的数据表明,淮麦23、冀麦738、宁麦17籽粒中镉的含量均远低于0.1 mg·kg~(-1)DW的国家限量标准,并具有很低的根-地上部转运系数,符合镉低积累小麦的标准。本文初步确定淮麦23、冀麦738、宁麦17作为低转运小麦品种的候选者,为低积累小麦品种的筛选提供科学依据。     

4种不同类型叶面阻控剂对水稻镉吸收和积累的影响

本文通过大田试验在水稻抽穗期和灌浆初期进行叶面喷施硅肥、硒肥、黄腐酸钾和海中钙叶面阻控剂,探究4种叶面阻控剂对水稻各个部位镉(Cd)含量的影响,并计算Cd在水稻各组织的转运系数和富集系数。结果表明:4种叶面阻控剂均能有效降低水稻各部位的Cd含量,其中黄腐酸钾阻控水稻茎、叶Cd积累的效果最好;硒肥阻控水稻籽粒Cd积累的效果最好;黄腐酸钾对水稻籽粒中Cd含量的影响主要是通过提高茎-叶转运系数,而硒肥则是降低叶-籽粒转运系数,叶面喷施黄腐酸钾和硒肥对减少水稻Cd积累量具有一定的实践意义。     

小麦株高和茎秆不同部位砷镉磷含量与籽粒砷镉磷含量的关系

以12个小麦品种为供试材料,利用盆栽试验研究了小麦穗下节间长、株高和茎秆不同部位砷、镉、磷含量在不同品种间的差异以及它们与小麦籽粒砷、镉、磷含量之间的关系。结果显示,小麦株高、穗下节间长以及茎秆不同部位砷、镉、磷含量存在明显的品种差异。皮尔森相关性分析结果显示,小麦籽粒砷含量与颖壳和穗轴部位砷含量显著正相关,相关系数分别为0.659(P0.01)和0.433(P0.05)。籽粒镉和磷含量与株高和穗下节间长呈显著负相关,其相关系数:镉分别为-0.264(P0.05)和-0.345(P0.01),磷分别为-0.583(P0.01)和-0.437(P0.01)。籽粒磷含量分别与颖壳、穗轴和节间磷含量呈显著正相关,相关系数分别为0.526(P0.01)、0.430(P0.05)和0.532(P0.01)。籽粒砷和镉含量与颖壳和穗轴中磷含量均存在显著相关性。这些结果表明,颖壳和穗轴部位砷含量大小可以用来表征籽粒砷含量,选育植株较高的小麦品种有利于降低籽粒镉的积累。     

坡缕石钝化与喷施叶面硅肥联合对水稻吸收累积镉效应影响研究

采用盆栽试验,研究了坡缕石钝化与喷施叶面硅肥联合处理对水稻吸收累积Cd效应的影响。试验结果表明,单独喷施叶面硅肥能够增加水稻产量,可以不同程度地降低水稻地上部Cd含量及Cd从根系向地上部的转运能力。与空白对照相比,糙米、颖壳和秸秆中Cd含量最大可分别降低34.9%、30.1%和34.0%,且在水稻不同生育期喷施硅肥对Cd在地上部累积的抑制效果依次为分蘖期+齐穗期分蘖期齐穗期。盆栽试验中添加1.0%的坡缕石后能够显著降低土壤中Cd的生物有效性,糙米、颖壳、秸秆以及根系中Cd含量分别比空白对照降低39.5%、28.6%、35.3%和20.9%。坡缕石钝化处理并联合在水稻分蘖期和齐穗期分别喷施0.1%~0.4%叶面硅肥结果表明,钝化处理与叶面阻Cd联合能更加有效地降低水稻地上部对Cd的吸收,其中稻米、颖壳和秸秆中重金属Cd含量最大分别可降低58.1%、63.3%和68.7%,糙米中Cd含量可由对照的0.43 mg·kg-1降到低于稻谷Cd的食品安全国家标准限量值0.20 mg·kg-1以下,但对根系中重金属Cd的含量降低仅为17.8%,与坡缕石单一钝化相比无显著差异。     

小麦秸秆还田量对土壤Cd有效性及水稻Cd亚细胞分布的影响

为研究小麦秸秆还田量对水稻镉(Cadmium,Cd)亚细胞分布的影响,本文采用盆栽试验的方法,研究了小麦秸秆半量(Half dose wheat straw,HDWS)、全量(Full dose wheat straw,FDWS)还田对土壤有效态Cd及水稻Cd亚细胞分布的影响。结果表明,小麦秸秆还田降低了水稻苗期与分蘖期根部细胞壁(F1)、细胞器(F2)和可溶性物质(F3)中的Cd含量(比对照降低11.0%～51.1%),但提高了灌浆期和成熟期根部F1、F2和F3中的Cd含量(10.1%～35.5%)。同时,小麦秸秆还田显著降低了灌浆期和成熟期水稻茎部F1、F2中的Cd含量(31.3%～47.4%),亦显著降低了分蘖期和灌浆期茎部F3中的Cd含量(49.4%～51.1%);HDWS和FDWS较CK均显著降低了水稻地上部分的Cd总积累量(P0.05)。小麦秸秆还田通过提高水稻根系细胞壁固定及液泡区隔化作用,显著降低了水稻稻谷中Cd含量,降低了Cd的食品安全风险。根据研究结果,小麦秸秆全量还田更有利于Cd污染土壤上水稻安全生产,且DGT法评估水稻Cd有效性优于化学提取法。     

旱稻吸收砷镉的基因型差异研究

通过盆栽试验,比较了29种不同基因型旱稻对As、Cd的吸收与转运。研究结果表明:不同基因型旱稻在生物量和As、Cd吸收上均表现出显著差异,单株平均生物量和变异系数分别为23.57 g和15.8%。茎叶、颖壳和糙米As含量分别为1.022、0.177、0.050 mg·kg~(-1),变异系数分别为25.1%、54.3%和39.7%;Cd含量分别为0.811、0.230、0.116 mg·kg~(-1),变异系数分别为58.2%、38.9%和58.0%。旱稻不同器官对As、Cd累积的大小顺序均为糙米颖壳茎叶,Cd、As在三器官间的比值分别为1∶1.9∶6.7和1∶3.5∶20.4,说明不同器官间Cd转移系数高于As。相关性分析表明,茎叶与颖壳、茎叶与糙米、颖壳与糙米之间的相关系数:Cd分别为0.466(P0.05)、0.658(P0.01)和0.758(P0.01),As分别为0.437(P0.05)、0.290和0.611(P0.01)。旱稻对Cd的吸收与转运能力以及其基因型差异均较As大。29份不同基因型旱稻糙米As含量均达标(NY 5115—2002,0.5 mg·kg~(-1)),82.8%的旱稻Cd达标(GB 2762—2012,0.2 mg·kg~(-1)),糙米As、Cd含量均低于二分之一标准的基因型占37.9%,包括V2、V3、V6、V11、V12、V13、V15、V16、V19、V20和V25,表明通过筛选Cd、As低吸收的旱稻进行非淹水种植可保障稻米安全生产。     

连续施用改性生物质炭对镉铅土壤修复效果及其对微生物群落结构的影响

为探究磷酸改性生物质炭对石灰性污染土壤重金属的稳定效果及对微生物群落结构的影响,于2015—2019年选择豫北某地污染农田土壤开展连续5a的定位试验。研究选用磷酸改性稻壳生物质炭为土壤调理剂,设置土壤调理剂不同年限的连续施用处理,分析土壤有效态镉、铅含量及小麦籽粒镉、铅含量,以探究调理剂钝化效果的持续性,借助高通量测序...     

微生物强化对石油污染土壤的修复特性研究

通过实验室模拟修复研究了接种量为10³~10⁸ cfu·g^-1的降解菌群在土壤中生长的湿度条件和存活状况、对土著菌群的影响作用以及对石油烃的去除效果。结果表明，从石油污染土壤中筛选出的石油烃降解菌群主要由变形菌门（Proteobacteria，99.75%）-γ-变形菌纲（Gamma-proteobacteria，99.49%）-假单胞菌目（Pseudomonadales，99.36%）-莫拉氏菌科（Moraxellaceae，87.33%）-不动杆菌属（Acinetobacter，87.32%）和假单胞菌科（Pseudomonadaceae，12.04%）-假单胞菌属（Pseudomonas，12.00%）组成。利用筛选的降解菌群在土壤湿度为5.4%、接种量为10⁸ cfu·g^-1土的条件下对污染土壤修复60 d，石油烃去除率为10.61%；在土壤湿度为15.0%、接种量为10⁷ cfu·g^-1土时对石油烃去除率为18.67%。在5.4%和15.0%湿度下接种7 d，土壤中变形菌门相对丰度由28.22%增加至57.98%~66.35%，不动杆菌属相对丰度由0.04%增加至25.86%~30.25%，假单胞菌属由初始时的0.26%增加至5.03%~30.87%，说明在不同湿度条件下，接种的降解菌均能迅速生长为土壤中的优势菌；接种60 d时，其仍保持存活状态。研究表明，降解菌群的接种改变了土壤菌群结构，使土壤菌群的alpha多样性明显降低。土壤污染物的去除不仅依靠某种优势菌的特定降解功能，还需要土壤菌群的协同代谢作用。     

水稻对外源硒的吸收利用研究

硒是人体必需的微量营养元素,食物是人体硒的主要来源,外源硒调控是生产富硒农产品的重要手段之一。通过盆栽试验,研究外源硒添加条件下水稻对硒的吸收利用问题。结果表明,土壤添加外源硒为0.2~0.6 mg Se·kg^-1土的条件下,对水稻的生长性状没有显著影响,但能显著增加水稻各部位的全硒含量。硒在水稻体内各部位的含量大小关系为：稻根 > 茎叶 > 糙米 > 精米 > 谷壳;但在各主要部位的总累积大小为：茎叶 > 糙米 > 精米 > 稻根 > 谷壳。在自然土壤上硒相对更多地富集于水稻根系,而外源添加四价硒处理,水稻吸收的硒相对更容易转移至地上部位,甚至更容易在糙米和精米中富集。水稻植株对外源硒的吸收利用率为2.87%~3.75%,地上部和籽粒累积外源硒的量占添加外源硒总量分别为2.60%~3.45%和0.94%~1.32%。     

水溶性有机肥料对水稻产量和镉吸收的影响

采用土壤盆栽试验研究水溶性有机肥料对水稻抗氧化酶活性及镉吸收的影响。结果表明:施用水溶性有机肥料可提高稻谷产量,显著降低水稻孕穗期叶片超氧化物歧化酶(SOD)、灌浆期超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性;降低稻米镉含量,降低率为2.9%~21.5%,提高稻草镉含量,提高率为26.8%~99.1%。以750倍稀释液喷施增产幅度最大,达43.1%,基施(0.16 m L·kg~(-1))配合喷施(750倍稀释液)处理稻米降镉率最高。     

不同生育期施用硅肥对水稻吸收积累镉硅的影响

为探明硅肥对镉污染稻田降低稻米镉的作用机理,完善稻米镉消减的硅肥施用技术,采用田间试验,研究水稻不同生育期(基肥、分蘖期和孕穗期)施用硅肥对水稻吸收积累镉、硅的影响。结果表明:施用硅肥能够提高土壤0.160~0.290个pH单位,降低镉生物有效性,同时,显著增加土壤有效硅含量,增幅为295.3%~399.2%(P0.05);不同生育期施用硅肥中,基施硅肥能够显著增加9.7%的水稻产量,高于其他处理,基施硅肥显著降低了水稻茎秆、叶片、稻壳和稻米中的镉含量,降幅分别为31.9%(P0.05)、65.8%(P0.05)、46.1%(P0.05)和25.3%(P0.05),施硅降低了镉由茎秆向叶片和稻壳的转运,从而降低了稻米镉的积累,同时显著增加茎秆、叶片和稻壳硅含量,增加幅度分别为44.1%(P0.05)、71.5%(P0.05)和28.8%(P0.05)。综上表明,镉污染稻田基施硅肥能够显著增加水稻产量,降低土壤镉生物有效性,阻止镉的迁移转运,减少稻米镉积累,是镉污染稻田修复中推荐的硅肥施用技术。