两种生态型东南景天锌吸收与分布特性的研究

采用水培试验,研究了非超积累和超积累两种生态型东南景天吸收、分配和转运锌(Zn)的特点.结果表明:两种生态型植物不仅在生长速度上对Zn浓度的反应差异显著,而且在Zn吸收与分配特性上也有明显差异.非超积累生态型的最适生长浓度为0.001 mmol/L, 在此Zn水平下,生物量随处理时间基本呈直线性增长;而超积累生态型的最适生长浓度为1.0 mmol/L,生物量在处理前16 d呈直线性增长,以后趋缓.非超积累生态型地上部的最大Zn含量远低于超积累生态型;而根部的最大Zn含量,非超积累生态型显著大于超积累生态型.Zn在非超积累生态型细胞壁和可溶部分中的含量差异不显著,在细胞器与膜部分的含量相对较低,而Zn在超积累生态型细胞壁中含量最高,其次是细胞的可溶部分.综合分析认为:超积累生态型东南景天比非超积累生态型具有更强的Zn积累和耐受能力,前者可能是后者在高Zn环境中长期进化的结果.     

两种生态型东南景天套种对其生长和吸收土壤中Zn的影响

采用不同隔膜处理(即无隔膜处理、400目尼龙筛布隔开和PVC板隔开),将超积累和非超积累2种生态型东南景天套种,探讨不同程度根系互作对2种生态型东南景天的生长和吸收Zn的影响.结果发现,不同程度的根系互作对非超积累生态型东南景天的地上部生物量、根系生物量以及根系Zn浓度有显著影响.当2种生态型东南景天共享1个根际土壤(无隔膜处理)时,非超积累生态型东南景天的地上部生物量显著增加,比根系完全隔开处理增加了25%左右;与另外2种根系互作处理相比,当与超积累生态型的根系采用400目尼龙筛布隔开时,非超积累生态型东南景天的根系锌含量和土壤中NH4COOH提取态Zn含量显著增加,其地上部和根系生物量也显著降低.     

两种生态型东南景天(Sedum alfredii Hance)根系互作效应对植株生长及吸收利用土壤Zn的影响

采用盆栽套种方法探讨了不同程度根系互作对两种生态型东南景天的生长和吸收利用土壤Zn的影响,以及超积累生态型东南景天的根系是否能活化土壤中难利用态Zn.不同程度的根系互作采用不同隔膜处理,即无隔膜处理、400目尼龙筛布隔开和PVC板隔开.结果发现,当两种生态型东南景天套种时,不同程度的根系互作对非超积累生态型东南景天的地上部和根系的生物量、根系Zn含量有显著影响.当与超积累生态型东南景天的根系完全交互作用或采用400目尼龙筛布隔开时,非超积累生态型的根系Zn含量显著增加,其地上部和根系生物量比其单种时显著减少.这些结果间接表明,超积累生态型东南景天根系能够活化土壤中的难溶态Zn.     

不同Zn化合物对东南景天根圈土壤微生物特征的影响

采用盆栽试验的方法，研究了土壤中添加1000mg·kg^-1不同Zn化合物（ZnS、ZnO、Zn3（PO4）2、ZnSO4和ZnCO3）对两种生态型东南景天根圈土壤微生物特征的影响。结果表明，对于Zn3（PO4）2、ZnS和ZnSO4处理，两种生态型东南景天的根圈土壤中的可培养细菌数量、微生物生物量碳、土壤微生物商、脲酶和脱氢酶活性均显著降低，而土壤微生物代谢商均显著增加；同时，超积累生态型东南景天的根圈土壤微生物生物量氮显著增加，但非超积累生态型东南景天的根圈土壤微生物生物量氮无明显变化。ZnO处理后，两种生态型东南景天的根圈土壤中的可培养细菌、放线菌和真菌的数量均没有明显变化，但微生物生物量碳、土壤微生物商、脲酶和脱氢酶活性均显著降低，土壤微生物代谢商显著增加。ZnCO3处理后，超积累生态型东南景天根圈土壤中的可培养细菌的数量、微生物生物量C和土壤微生物商显著降低，微生物代谢商显著增加，可培养的放线菌和真菌的数量、微生物生物量N和土壤基础呼吸速率均无明显变化；然而，非积累生态型东南景天根圈土壤中的可培养细菌、放线菌和真菌的数量、土壤微生物生物量C、微生物生物量N、土壤微生物商和微生物代谢商均无明显变化。     

不同程度重金属污染土壤对东南景天根际土壤微生物特征的影响

    通过盆栽试验研究不同程度重金属污染土壤对2种生态型东南景天根际土壤微生物特征的影响.研究结果表明,不同污染土壤中,2种生态型东南景天根际细菌、放线菌和真菌的数量及微生物生物量碳都大于非根际.在轻污染土壤中,2种生态型东南景天的根际土壤微生物区系和主要生理类群没有显著差异,而在矿山土壤和重污染土壤中,超积累生态型东南景天根际土壤中的细菌和真菌数量、主要生理类群数量及微生物生物量碳显著高于非超积累生态型.东南景天根际微生物对重金属胁迫的敏感性为放线菌＞细菌＞真菌,硝化细菌＞自生固氮菌＞氨化细菌＞磷细菌＞纤维分解菌.在轻污染土壤中,2种生态型东南景天根际土壤基础呼吸速率和微生物代谢商差异不显著,而在矿山土壤和重污染土壤中,非超积累生态型东南景天的根际土壤基础呼吸速率和微生物代谢商显著高于超积累生态型.     

水培条件下东南景天对镉的耐性与富集特性研究

[目的]探讨不同生态型东南景天对Cd的耐性和富集能力的差异。[方法]通过水培试验,研究东南景天矿山和非矿山2种生态型植物在不同cd供应水平下的生长情况以及体内Cd含量的变化。[结果]非矿山生态型东南景天忍耐环境Cd胁迫的临界浓度是100μmoL／L,而矿山生态型东南景天是400μmol／L。随着供Cd水平的提高,2种生态型植物各部分的Cd含量均呈升高的趋势。非矿山生态型东南景天叶和茎中的最大cd含量分别为493和934mg／kg（DW）,而矿山生态型东南景天叶和茎中的最大Cd含量分别为4933和3874mg／kg（DW）。在相同供Cd水平下,非矿山生态型东南景天各部分的Cd含量大小次序为根〉茎〉叶;而矿山生态型东南景天各部分的Cd含量大小次序为叶〉茎〉根。[结论]水培条件下,东南景天矿山生态型比非矿山生态型具有更强的忍耐、吸收和向地上部转运Cd的能力。     

东南景天对胁迫条件下重金属锌和镉吸收积累特性的研究

本试验以东南景天为材料,研究锌、镉不同浓度处理下东南景天植株地上部和地下部对重金属Zn~(2+)和Cd~(2+)的吸收积累特性。结果表明,不同浓度重金属浇灌处理后东南景天各部位Zn~(2+)和Cd~(2+)含量存在显著差异,与清水对照(CK)相比,0.8 mmol/L Zn~(2+)和Cd~(2+)处理其地上部Zn~(2+)和Cd~(2+)含量分别是CK的1.95倍和82.00倍,地下部含量分别是CK的1.58倍和20.26倍。表明东南景天地上部对Zn~(2+)和Cd~(2+)的吸收积累高于地下部,且对Cd~(2+)的吸收积累强于对Zn~(2+)的。东南景天是一种Cd超积累植物,可以富集重金属Cd和Zn,降低重金属胁迫。     

不同氮形态对东南景天镉积累的影响

    通过水培试验,研究不同氮形态对2种生态型东南景天生长和镉吸收积累的影响.结果表明,外加(NH4)2SO4、Ca(NO3)2或NH4NO3均能显著提高超积累生态型东南景天地上部生物量及叶绿素含量.且无论在低镉(10 μmol·L-1)还是高镉(100 μmol·L-1)条件下,以(NH4)2Sv处理的增幅最大.不同氮形态对2种生态型东南景天地上部镉含量没有显著影响,而在一定程度上提高了根系镉的含量.3种氮形态显著提高了2种生态型东南景天地上部和根系的镉积累量,对超积累生态型东南景天,无论在何种镉水平下,(NH4)2SO4处理效果明显好于Ca(NO3)2或NH4NO3处理.本研究结果表明不同氮形态对东南景天Cd积累的促进顺序为:NH4+-NNO3--N,因此从植物修复角度考虑,在Cd污染土壤中施用适量的(NH4)2SO4提高超积累植物东南景天的生物量和地上部镉积累量具有重要的应用价值.     

有机和无机氮对东南景天生长和镉积累的影响比较

通过水培试验,研究了有机和无机形态氮对两种生态型东南景天生长和镉积累的影响.结果表明,无论在低镉(10μmol·L-1)还是高镉(100 μmol·-1)条件下,与对照(T1)相比,外加无机形态氮(尿素)均能显著提高两种生态型东南景天地上部的生物量和叶绿素含量(P＜0.05);在低镉条件下,外加无机形态氮只能显著提高超积累生态型东南景天地上部镉积累量和非超积累生态型东南景天根部镉积累量(P＜0.05),在高镉条件下,外加无机形态氮对两种生态型东南景天体内镉积累量没有显著影响(P＞0.05).而无论在低镉还是高镉条件下,与对照(T1)相比,外加有机形态氮(精氨酸)能显著降低超积累生态型东南景天根系的生物量和叶绿素含量(P＜0.05);在低镉条件下,外加有机形态氮能显著提高两种生态型东南景天体内镉含量(P＜0.05),在高镉条件下,外加有机形态氮对两种生态型东南景天体内镉含量没有显著影响(P＞0.05).     

东南景天种植及对土壤重金属锌和镉的去除研究

土培试验研究了东南景天在土壤中的种植,研究发现,东南景天对土壤中高含量重金属Zn、Cd有很强的忍耐、吸收和累积能力。东南景天是一种新的Zn、Cd超累积植物,为去除土壤中重金属Zn、Cd提供了一种切实可行的办法。结果表明:单一Zn胁迫下,东南景天根中Zn含量随着土壤中Zn浓度的增加而增加,东南景天茎和叶中Zn含量随着土壤中Zn浓度的增加呈先增加后减小趋势,Zn体内的分配为根茎叶,Zn在东南景天根茎叶中的富集系数和迁移系数较高,显示东南景天对Zn具有较强的富集能力和转运能力。单一Cd胁迫下,东南景天根中Cd含量随着土壤中Cd浓度的增加先增大后急剧减小,Cd在东南景天根中的富集系数和迁移系数较高,但Cd在东南景天茎和叶中的富集系数和迁移系数较低,吸收的Cd多累积在根部,向地上部分运输的量较少。体内的分配为根茎叶。同时,在Zn、Cd双重胁迫下的东南景天的生长是劣于同浓度下单一Zn或Cd胁迫下的生长。     

Zn对水稻吸收转运Cd的影响

通过探究锌(Zn)对水稻吸收、积累镉(Cd)的影响,为揭示水稻体内Zn、Cd互作机制提供理论依据。通过水培实验,研究Cd胁迫下施加Zn对水稻生物量、Cd含量、Cd积累量、根表铁膜成分、细胞壁组分及吸附解析动力学特征的影响。结果表明:与单Cd处理相比,Cd+Zn处理地上部生物量显著下降;根及地上部Cd含量、积累量显著提高;根表铁膜中Fe含量及Cd含量分别提高18.70%和29.99%;比较单Cd与Cd+Zn的细胞壁组分发现,Zn显著降低了水稻根细胞壁中的果胶及半纤维素1(HCl)成分,导致Cd+Zn处理细胞壁吸附能力下降而解吸能力增强。研究表明,Zn促进Cd在根表铁膜中Cd积累量,降低细胞壁的阻隔作用,进而促进水稻对Cd的吸收及转运。     

锌胁迫对大白菜养分含量及锌积累的影响

采用土培根袋试验研究了锌胁迫对大白菜4个品种生长,N,P,K养分及Zn吸收积累的影响。结果表明,Zn在一定范围内(0~0.5 mmol/kg)内促进了大白菜生长,最大生物量增量地上部为4.7%~30.2%,根系为10.3%~25.1%,Zn2 ≥1.0 mmol/kg,大白菜生物量显著下降。4个品种大白菜地上部N,K含量均随Zn浓度的增加而增加,地上部、根系P含量随Zn浓度的增加先增加,然后下降。大白菜地上部Zn含量、根系Zn含量均随Zn浓度的增加而增加。以丰抗78和丰园高抗1号2个品种对Zn积累和转移较高,其地上部Zn含量最大值分别为139.1,154.7 mg/kg(2 mmol/kg Zn2 )。在不使用Zn的地区该2品种可以作为富Zn蔬菜栽培,而在重金属Zn污染地区,选择Zn转运率、积累量均低的丰抗80、丰抗90为大白菜栽培品种。     

锌胁迫对大白菜养分含量及锌积累的影响

采用土培根袋试验研究了锌胁迫对大白菜4个品种生长,N,P,K养分及Zn吸收积累的影响.结果表明,Zn在一定范围内(0～0.5 mmol/kg)内促进了大白菜生长,最大生物量增量地上部为4.7%～30.2%,根系为10.3%～25.1%,Zn2+≥1.0 mmol/kg,大白菜生物量显著下降.4个品种大白菜地上部N,K含量均随Zn浓度的增加而增加,地上部、根系P含量随Zn浓度的增加先增加,然后下降.大白菜地上部Zn含量、根系Zn含量均随Zn浓度的增加而增加.以丰抗78和丰园高抗1号2个品种对Zn积累和转移较高,其地上部Zn含量最大值分别为139.1,154.7 mg/kg(2 mmol/kg Zn2+).在不使用Zn的地区该2品种可以作为富Zn蔬菜栽培,而在重金属Zn污染地区,选择Zn转运率、积累量均低的丰抗80、丰抗90为大白菜栽培品种.     

氮对低镉处理下东南景天根系形态及镉积累的影响

通过水培试验,本文研究了施氮肥(尿素)对低镉处理下两种生态型东南景天根系形态及镉积累的影响。结果表明,在一定范围内供氮(4.0￣16.0mmol/L)能明显促进东南景天的根系生长,各项根系形态指标,如根系长度、根系表面积、根系直径、根体积和侧根均有升高,在16.0mmol/L达到最大值。但是,随着供氮(32.0￣64.0mmol/L)增加,表现出一定的负效应:东南景天的各项根系形态指标明显受到抑制,与对照相比差异达显著或者极显著水平。氮素对东南景天的镉积累有一定的促进作用,随着氮素用量的增加,体内镉积累逐渐升高,与根系形态不同的是,镉含量在氮水平32.0mmol/L条件下达到最大。研究结果表明适当提高营养液氮素水平有利于提高东南景天的各项根系形态指标以及对镉的吸收积累。     

接种伯克氏菌D54对东南景天吸收富集Cd的影响

通过水培盆栽试验,利用非损伤微测等技术手段,研究了接种伯克氏菌D54对超积累生态型东南景天(HE)和非超积累生态型东南景天(NHE)不同组织中Cd、Zn、Fe、Mg和Mn含量、根尖Cd~(2+)动态吸收以及Cd的转移系数的影响。结果发现,HE茎、叶中Cd、Zn含量,茎/根、叶/根Cd的转移系数以及根尖不同部位Cd~(2+)内流速率均显著高于NHE。Cd处理显著增加了HE和NHE根、茎、叶中Fe和Zn的含量,以及茎中Mg的含量;另外,Cd处理显著降低了HE根、茎、叶中Mn的含量,但却显著增加了NHE根和茎中Mn的含量。伯克氏菌D54处理显著降低了HE和NHE茎、叶中Cd、Fe、Mg、Mn和Zn的含量,茎/根、叶/根Cd的转移系数以及根尖不同部位Cd~(2+)的内流速率。这表明HE对Cd的转移和富集能力显著高于NHE,且HE对Cd的超富集能力与根部对Cd的强吸收能力密切相关。Cd处理促进了HE和NHE对Fe、Zn和Mg的富集,抑制了HE对Mn的富集和促进了NHE对Mn的富集,可能与HE超富集Cd和Mn产生竞争有关。伯克氏菌D54能减少HE和NHE对Cd的吸收和富集,同时导致Fe、Mg、Mn和Zn的富集减少。     

谷胱甘肽在东南景天Zn/Cd超积累过程中的作用

超积累生态型东南景天被处理在含1000 μmol·L-1 Zn(NO3)2或200 μmol·L-1 CdCl2的营养液中25 d,每5 d测定植株地上和地下部Zn/Cd含量以及地上部总硫、谷胱甘肽(GSH)含量的变化,分析硫离子浓度对重金属积累能力的影响.结果表明:处理的前15 d,地上部Zn/Cd的积累量呈线形增加,后10 d积累速度下降;总硫和GSH的含量在前15 d迅速增加,后10 d逐渐下降;根中Zn含量变化与地上部GSH、总硫变化趋势相似,而Cd含量在第5 d时最高,以后逐渐下降.以上结果提示:含硫有机物不是东南景天Zn/Cd超积累的主要配体,GSH主要是解除体内游离态Zn/Cd的毒性;增加硫元素的供应对提高Zn/Cd的积累有一定作用.     

东南景天对镉—苯并[a]芘复合污染土壤的修复效果

采用盆栽试验研究2种生态型东南景天对镉-苯并[a]芘(Cd-B[a]P)复合污染土壤的修复效果.结果表明:在Cd-B[a]P复合处理条件下,超积累生态型东南景天生长主要受高浓度B[a]P影响,而Cd是抑制非积累生态型东南景天生长的主要因素,在低Cd处理条件下,5 mg·kg-1 B[a]P能促进2种生态型东南景天根系的生长;超积累生态型东南景天地上部镉含量远远大于非积累生态型,且不受B[a]P水平的影响;2种生态型东南景天各部位B[a]P含量主要受土壤B[a]P水平的影响;在Cd-B[a]P复合处理条件下,超积累生态型东南景天对镉的去除效果显著高于非积累生态型,但在高质量浓度B[a]P(25 mg·kg-1)处理条件下,镉的去处效果明显降低;未种植物的土壤B[a]P平均去除率达到43.7%,而种植东南景天的土壤B[a]P平均去除率达到58.2%.本结果说明超积累生态型东南景天对中轻度CdB[a]P复合污染土壤具有较好的修复效果.     

盐胁迫下外源硅对硅突变体和野生型水稻生物量与营养元素含量的影响

采用溶液培养法研究外源硅对不同盐浓度胁迫下硅突变体水稻和野生型水稻营养元素吸收和生物量的影响。结果表明：在0mmol/L、50mmol/L、100mmol/L、150mmol/L的NaCl浓度处理下,随NaCl浓度的提高,2种水稻的茎叶与根系生物量降低。相同盐浓度处理下,与不加硅相比,外源硅提高了2种水稻茎叶和根系的生物量;在0mmol/L、50mmol/L、100mmol/L、150mmol/L的NaCl浓度处理下,随着NaCl浓度的提高,12种水稻茎叶与根系中K、Fe、Mg、Mn、Zn、Ca、P含量降低,而Na浓度升高;相同浓度盐胁迫条件下,与不加硅相比,加入外源硅可以提高水稻茎叶与根系中K、Fe、Mg、Mn、Zn、Ca、P的含量,降低Na的含量;比较外源硅对2种水稻在相同盐浓度胁迫下的缓解效应,对野生型水稻的缓解效应显著大于硅突变体水稻。     

Cd胁迫对水稻亲本材料Cd吸收分配的影响

采用土培试验,以前期筛选出的水稻Cd安全亲本材料D62B为试验材料,以普通材料Luhui17为对照,研究不同生育期水稻Cd安全亲本材料在1、4、16 mg·kg-1Cd处理浓度下对Cd的吸收、分配及转运特征。结果表明:(1)在不同Cd处理浓度下,水稻Cd安全亲本材料D62B生长受到了一定程度的抑制,且随Cd处理浓度的提高生物量均显著降低。当Cd处理浓度为16 mg·kg-1时,D62B在分蘖期、抽穗期和成熟期的生物量分别较1 mg·kg-1Cd处理降低了52.05%、43.06%和32.34%。(2)D62B地上部Cd含量和转移系数在不同生育期均显著低于Luhui17,成熟期谷壳、糙米Cd含量也较低。当Cd处理浓度为1 mg·kg-1和4 mg·kg-1时,D62B的糙米Cd含量均低于食品安全国家标准0.2 mg·kg-1,表现出Cd安全亲本材料的"安全性"。(3)随Cd处理浓度的提高,D62B对Cd的吸收速率显著增加,且在分蘖期其吸收速率达到最大。在各处理下,D62B对Cd的吸收速率与Luhui17差异不显著。但D62B对Cd的转运速率在4 mg·kg-1和16 mg·kg-1Cd处理下则显著低于Luhui17,成熟期差异达到最大,分别为Luhui17的46.52%和66.68%。(4)D62B地上部Cd的亚细胞分布表现为细胞壁可溶部分细胞器,Luhui17为可溶部分细胞壁细胞器,地下部则均表现为可溶部分细胞壁细胞器。随Cd处理浓度的增加,Luhui17地下部细胞壁的分配比例显著降低,在16 mg·kg-1Cd处理浓度下,Luhui17细胞壁的分配比例显著低于D62B。综上所述,最终表现出D62B具有籽粒Cd低积累的特点,可为培育Cd安全水稻品种提供优良的种质资源。     

东南景天对镉、铅的生长反应与积累特性比较

采用营养液培养法,比较了东南景天(SedumalfrediiHance)在不同的Cd,Pb供应水平下的生长反应,以及对Cd,Pb吸收与积累特性的差异。结果表明,东南景天不仅在生长速度上对不同浓度的Cd,Pb处理反应差异显著,而且在Cd,Pb吸收与转运特性上也有明显差异。东南景天对Cd,Pb耐受的临界浓度分别为500和1000μmol/L,在此浓度以下,Cd,Pb对水培条件下的东南景天的生长基本无抑制作用。东南景天地上部的Cd,Pb含量均随着Cd,Pb供应水平的提高而增加。在500μmol/L的Cd水平下,叶和茎中的Cd含量均达到峰值,分别为5.677和5.274g/kg;叶和茎中的最大含Pb量出现在供Pb200和1500μmol/L的水平下,分别为0.169和1.167g/kg。根中的Cd,Pb含量均在最高的Cd,Pb供应水平下(2500μmol/L)达到最大值,分别为17.820和9.437g/kg。在设定的Cd,Pb供应水平条件下,植株各部位的Cd含量均大于Pb含量。植株不同部位Cd的含量表现为叶>茎>根,而Pb含量表现为根>茎>叶。Cd在东南景天地上部的积累量远大于Pb,且Cd在地上部与根系中积累量的比值均大于1,而Pb则小于1。上述结果说明,东南景天对Pb的耐受性大于Cd,但对Cd的吸收和向地上部的转运能力远大于Pb。从水培条件下东南景天地上部的Cd含量来看,东南景天是一种Cd超积累植物。