药用植物中铅的形态和分布研究

以麦冬、北沙参和地黄为对象,用分级离心和逐级浸取方法研究了铅在根、叶的分布及在药用部分的形态。结果表明,根部超过90%及叶部大于80%的铅位于细胞壁上;药用部分中65%以上是活性较低的醋酸和盐酸提取态。实验结果是铅特性及铅在植物体内迁移的表现。     

NTA对玉米体内Cu Zn的积累及化学形态的影响

在重金属污染土壤的植物修复研究中，人工合成络合剂被广泛用来提高植物提取效率。通过向多金属复合污染土壤中加入氨三乙酸（NTA）进行螯合诱导植物提取的研究，并运用化学试剂逐步提取法研究了NTA对玉米根、茎和叶中Cu、Zn化学形态分布的影响。结果表明，Cu和Zn在玉米体内化学形态分布特征与其吸收和富集重金属能力密切相关，NTA能显著促进Cu和Zn在玉米体内的吸收和积累并且影响重金属化学形态的分布。玉米根中，Cu和Zn以水提取态为主，有利于金属离子从根部向地上部迁移；在茎和叶中，以氯化钠提取态、醋酸提取态和水提取态为主要形态，以多种有机螯合物的形式存在，是其耐受重金属毒性的重要机理之一。     

不同铜水平下玉米细胞内铜的分布和化学形态的研究

运用差速离心法和化学试剂逐步提取法分析了铜在玉米细胞内的分布和存在的主要化学形态.结果表明.从含量上看.细胞壁和细胞溶质部分是铜在玉米细胞内分布的主要位点,细胞核、叶绿体及线粒体等细胞器中铜的含量较低.对照和1μmol·L-1Cu处理的玉米根部中,铜主要分布在细胞壁区域,其次为细胞溶质部分.随着铜浓度的升高,铜向细胞壁部分的分配减少,而向细胞溶质部分的分配增加.在茎中,就不同铜浓度处理来说,亚细胞组分中铜的含量均以细胞溶质部分的值最高,其次为细胞壁部分.而在叶中,均以细胞壁部分的值最高,其次为细胞溶质部分.就铜的存在形态而言,对照处理的根部主要以HCI提取态铜为主,茎和叶中铜以多种化学形态存在.I Ixmol·L-1Cu处理时,根部铜仍以HCl提取态为主,而茎和叶中以NaCl提取态占优势.随着铜浓度的升高,根部和叶部的铜均主要以乙醇提取态为主.而茎中20和50 μmol·L-1铜处理主要以NaCI提取态铜为主,80 μmol·L-1Cu处理时主要以去离子水提取态铜和NaCl提取态铜为主.     

侧柏和国槐叶片中铅的化学形态与分布研究

为了解铅在植物体内的迁移转化规律,采用盆栽试验,结合细胞组分分离和化学形态提取技术,研究了不同外源铅浓度处理下(CK 0 mg·kg-1,A 300 mg·kg-1,B 500 mg·kg-1,C 1000 mg·kg-1,D 2000 mg· kg-1)侧柏和国槐不同器官的铅含量及其在两种植物叶片细胞中的分布和化学结合形态.结果表明:在铅胁迫下,侧柏和国槐的生物量均发生显著变化;两种植物体内的铅随着外源铅浓度的增加而显著增加,且主要分布在根部.侧柏和国槐叶片亚细胞中铅的含量分布及结合形态存在差异.细胞壁是铅在侧柏和国槐叶片细胞内的主要分布位点,其次是细胞核部分和叶绿体线粒体部分,可溶性部分最少,随着外源铅浓度的增加,细胞核部分的分配增加,可溶性部分减少,但侧柏叶片中细胞壁部分所占比例大于国槐叶片中细胞壁部分的百分率.两种植物叶片内均以NaC1提取态、HAc提取态和HC1提取态铅为主导形态,水和乙醇两种提取态铅的分配很少;随着外源铅浓度的增加,侧柏叶片中NaC1提取态铅先增加后减少,国槐叶片中NaC1提取态铅所占百分率不断增加.侧柏对铅的耐受能力强于国槐.     

茶树与土壤中铅的存在形态与分布

茶树体内铅主要以草酸铅和磷酸氢铅、磷酸铅等难溶于水的磷酸盐的形态存在，其次为果胶酸铅、与蛋白质呈结合态或吸附态的铅，依次为水溶性有机酸铅和磷酸铅、硝酸铅和氯化铅为主的无机物及氨基酸铅。其中，在茶树的根、茎、叶中2种主要形态的铅含量分别为全铅量的97．34％、98．35％和99．65％。根细胞中的铅，主要分布在细胞壁和细胞核中，茎细胞中的铅主要分布在细胞核中，而叶片细胞中的铅主要分布在细胞质和细胞壁中。在未加入铅处理时，土壤中铅的存在形态及对应的铅含量大小顺序为硫化物残渣态〉碳酸盐结合态〉吸附态〉有机结合态〉交换态〉水溶性铅，加入外源铅后，变化顺序为硫化物残渣态〉交换态〉碳酸盐结合态〉有机结合态〉吸附态〉水溶性铅，硫化物残渣态和交换态的铅含量相对较高。     

生物炭施用对小麦和玉米幼苗根际和非根际土壤中Pb、As和Cd生物有效性的影响研究

用理化性质不同的废纸、木屑、脱水污泥等原材料在600℃限氧条件下热裂解分别制备了3种生物炭,继而利用根袋法盆栽实验研究了这3种生物炭的施用对生长于矿区重金属污染土壤中的小麦和玉米幼苗的根际和非根际土壤中有效态有害元素以及幼苗根系有害元素富集的影响。结果表明,施用这3种生物炭的小麦和玉米幼苗根际与非根际土壤中CaCl2提取态、EDTA提取态和稀HCl提取态As、Cd和Pb含量均低于未施用生物炭的对照处理组,并且随着生物炭施用量从0.5%增加到5%,3种提取态As、Cd和Pb含量降低更为明显,但生物炭处理对非根际土壤中提取态As、Cd和Pb的降低总体比根际土壤明显。施用3种理化性质不同生物炭的土壤中有效态As、Cd和Pb含量与有效态提取剂(CaCl2、EDTA和稀HCl)和被提元素种类(As、Cd和Pb)相关,但未表现出一致性的规律。小麦和玉米幼苗根际和非根际土壤中CaCl2提取的水溶态As、Cd和Pb无显著差异,而部分EDTA及稀HCl提取的可交换态、碳酸盐结合态有害元素、铁锰氧化物和有机结合态As、Cd和Pb存在显著差异。小麦和玉米幼苗根系As、Cd和Pb的富集量均低于未施用生物炭的对照处理组,并且随着生物炭施用量从0.5%增加到5%,提取态As、Cd和Pb的含量降低更为明显。因而,施用生物炭有助于降低有害元素的植物富集风险。     

根际和非根际土中铅、镉行为及交互作用的研究

用根际箱及根际袋试验研究了红壤、黄棕壤植麦和植稻后根际中铅、镉的提取情况,并比较了单元素存在与复合处理存在的差异。结果表明,土壤中可提取态铅、镉的状况在根际微生态系统中明显不同于本土,而两类土壤又有差异。不论小麦还是水稻,红壤根际可提取性铅大于非根际;镉则有些不同,红壤小麦根际现象不显著,水稻根际与非根际差异很大,但基本上都是根际小于非根际。     

磷酸改性生物炭和氯混施对土壤铅形态及小麦铅吸收的影响

通过盆栽试验研究磷酸改性生物炭和氯混施对石灰性污染土壤有效铅含量、铅化学形态及小麦各部位(籽粒、颖壳、茎叶、根)铅含量分布的影响。结果表明:施用改性生物炭(50、100 g·kg~(-1))虽然降低土壤pH,但也可以显著降低有效态铅的含量。就土壤中铅的化学形态而言,改性生物炭降低土壤中弱酸提取态铅和还原态铅含量,同时增加了氧化态、残渣态铅含量。此外,磷酸改性生物炭和氯混施后小麦各部位铅含量显著降低。研究证实,氯对改性生物炭修复铅污染土壤有促进作用,可以进一步降低土壤有效态铅含量,这一效果以添加CaCl_2更佳。高剂量改性生物炭配施低剂量CaCl_2后,小麦籽粒铅含量降至0.16 mg·kg~(-1),符合《粮食卫生标准》(GB 2715—2016)。     

不同铅吸收特性小麦Pb的亚细胞分布和化学提取态

【目的】研究铅（Pb）胁迫下小麦百农160和偃展4110体内Pb亚细胞分布和化学提取态变化,为Pb低积累品种筛选提供理论依据。【方法】以前期筛选的对Pb吸收有明显差异的2个小麦品种（百农160和偃展4110）为试验材料,采用砂培试验,以Pb(NO₃)₂作为铅源,分别设置0（对照）、100和800 mg×L^-1共3个处理水平,胁迫4周后,收获并测定小麦生物量、Pb亚细胞分布及化学提取态含量,分析比较2种铅吸收特性小麦Pb的亚细胞分布和化学提取态特征。【结果】100 mg×L^-1Pb胁迫对小麦生长有促进作用,百农160和偃展4110生物量均有所增加,增幅分别为4.78%和2.66%。800 mg×L^-1Pb胁迫下,小麦生长受到抑制,百农160和偃展4110生物量均显著降低,分别降低了25.66%和38.60%。此外,2种小麦根冠比的变化也存在一定差异,当介质中Pb的浓度从100增至800 mg×L^-1后,百农160根冠比无明显变化,而偃展4110则表现出一定程度的增加,由0.71增至0.81。Pb胁迫4周后,百农160茎叶和根系中的Pb含量均低于偃展4110。就亚细胞分布而言,2种小麦体内Pb主要存在于细胞壁和细胞液中,其合量占小麦体内Pb总量的72%-86%。当介质中Pb浓度从100 mg×L^-1增至800 mg·L^-1后,偃展4110根细胞壁和细胞液中Pb所占比例降低8%,茎叶这一比例降低4%,而百农160根中这一比例增加了9%,茎叶则增加了1%。就Pb的化学提取态而言,小麦体内（茎叶和根系）Pb以难溶性的醋酸提取态和盐酸提取态为主,两者占总和的67%-85%,氯化钠提取态含量次之,占总和的6%-18%,乙醇提取态、去离子提取态和残渣态含量较低,3种形态占总和的8%-16%。此外,100和800 mg×L^-1Pb胁迫下,百农160根中活性较强的乙醇提取态和去离子水提取态Pb含量均低于偃展4110。然而,2种小麦茎叶中活性态合量特征与根中有所不同,100 mg×L^-1 Pb处理下,百农160茎叶活性态合量低于偃展4110,当胁迫增至800 mg×L^-1Pb时,2种小麦茎叶中活性态合量无明显差异。【结论】铅胁迫下,百农160的根表对Pb的阻碍能力强于偃展4110,同时将进入体内的Pb更大比例固定在细胞壁上,以减少Pb向地上部的运移,从而减轻Pb对地上部的毒害作用。就化学提取态而言,各形态的分配比例与Pb的解毒机理关系密切,但不同器官表现有所差异。     

不同pH和氮素形态对作物幼苗生长的影响

在pH 4.0和6.0的条件下研究铵态氮(NH4 -N)和硝态氮(NO3--N)对玉米、白羽扇豆、水稻和小麦幼苗生长的影响。结果表明:不同介质pH和氮素形态均能对玉米、白羽扇豆、水稻和小麦幼苗的干物质积累和体内的分布产生影响。就玉米而言,不论供应何种形态的氮素,低pH均明显有利于干物质的积累,但低pH条件下NH4 -N最不利于小麦干物质积累;而对水稻来说,低pH条件下供应NO3--N最不利于干物质积累。pH 6.0条件下玉米、白羽扇豆和小麦3种植物均显示出较大的根冠比,表明较高的pH条件有助于同化产物向根部的运输和在根部的积累。     

磷锌颉颃作用机制研究

以水培小麦（ＴｒｉｔｉｃｕｍａｅｓｔｉｖｕｍＬ．）、玉米（ＺｅａｍａｙｓＬ．）为试材,研究了植株及细胞中磷锌间颉颃作用的发生机制。结果表明,高磷抑制了小麦对锌的吸收及向上运转;提高磷水平增强了锌在玉米叶片细胞壁上的固定,从而导致了地上部锌失活。     

潮土区小麦、玉米残体对土壤有机碳的贡献——基于改进的RothC模型

【目的】为进一步了解秸秆还田对土壤有机碳(SOC)的提升效果,探究作物残体(根系与秸秆)对潮土区SOC的贡献,为华北冬小麦-夏玉米区SOC提升提供理论依据。【方法】基于腐解试验的有机物料碳残留率数据,获得4种有机物料在RothC-26.3模型最优时对应的DPM/RPM参数值(易分解植物残体和难分解植物残体的比值)。利用修订的DPM/RPM参数,获得了改进的RothC-26.3模型,并用郑州潮土区短期腐解试验(2012年11月至2013年11月)和长期定位试验数据(1990—2008年)进行验证,模拟出郑州潮土区冬小麦-夏玉米轮作系统中小麦、玉米残体在3种不同施肥处理下(不施肥CK,平衡施肥NPK和秸秆还田NPKS)对新形成SOC的贡献。【结果】在模型达到最优时,小麦根系(wheat root,WR)、小麦秸秆(wheat straw,WS)、玉米根系(corn root,CR)和玉米秸秆(corn straw,CS)的DPM/RPM值分别为0.89、3.04、4.35和3.25。模型结果显示,CK处理小麦根系、玉米根系的碳投入占碳投入的比例均为50%,而来源于小麦根系、玉米根系的SOC(0—20 cm)占新形成的SOC比例分别为60%、40%;小麦根和玉米根固碳效率分别为15.5%、10.8%;NPK处理小麦根系、玉米根系的碳投入占碳投入的比例分别为60%、40%,而来源于小麦根系、玉米根系的SOC(0—20 cm)占新形成SOC的比例分别为71%、29%;小麦根和玉米根固碳效率分别为17.5%、11.4%;NPKS处理小麦根系、玉米根系、玉米秸秆的碳投入的比例分别为47%、21%、32%,而小麦根系、玉米根系、玉米秸秆对新形成的SOC(0—20 cm)贡献分别为50%、22%、28%;小麦根系、玉米根系、玉米秸秆的固碳效率分别为16.9%、11.2%、11.4%。总之,冬小麦-夏玉米轮作系统中无论是不施肥、平衡施肥还是秸秆还田处理,小麦根系对新形成SOC的贡献率(50%—71%)大于玉米根系和玉米秸秆对新形成SOC贡献率(22%—40%)。源自小麦的SOC占新形成SOC的比例均分别大于源自小麦的碳投入占总碳投入的比例,而源自玉米的投入及其对新形成SOC的贡献则反之。小麦根系的固碳效率(15.5%—17.5%)大于玉米根系和玉米秸秆的固碳效率(10.8%—11.4%)。【结论】改进后的RothC模型可用来探究潮土区冬小麦-夏玉米轮作系统中小麦、玉米残体对新形成SOC的贡献。郑州潮土区冬小麦-夏玉米轮作系统中小麦根系对新形成SOC的贡献率均大于玉米根系和玉米秸秆的贡献率。根茬还田(尤其是小麦根茬还田)更有利于提升土壤有机碳含量。     

秸秆还田对小麦玉米轮作田土壤有机碳质量的影响

利用小麦-玉米轮条件下不同秸秆还田方式进行定位试验,对不同秸秆还田方式下土壤有机碳和活性有机碳含量进行了6a11季的连续监测,结果表明:单施化肥和秸秆还田配施化肥均能提高土壤有机碳含量;3种还田方式均能显著提高活性有机碳和碳库管理指数,表现为玉米秸秆还田>两季秸秆还田>小麦秸秆还田;3种秸秆还田处理的土壤有机碳增长速率为玉米秸秆还田>两季秸秆还田>小麦秸秆还田。小麦季玉米秸秆还田对有机碳活性提升效果优于两季秸秆还田和玉米季小麦秸秆还田。     

饲料中用陆生植物淀粉替代鼠尾藻粉对仿刺参幼参生长和消化的影响

在实验室条件下研究了用不同陆生植物淀粉组合取代鼠尾藻粉饲养仿刺参Apostichopus japonicus幼参的生长效果。在试验1中,将平均体质量为4.19 g的仿刺参饲养在体积为45 cm×31 cm×30 cm的水槽中,投喂以鱼粉和大豆蛋白为蛋白源,以添加质量分数为30%鼠尾藻粉的作为对照饲料（F0组）,以添加质量分数为10%鼠尾藻粉并用不同比例陆生植物淀粉搭配取代20%的鼠尾藻粉作为试验组饲料（F1组,马铃薯、小麦、玉米、红薯各5.0%（质量分数,下同）;F2组,马铃薯、小麦、玉米、红薯、山药各4.0%;F3组,马铃薯、小麦、玉米、红薯、芋头各4.0%;F4组,马铃薯、小麦、玉米、红薯、山药、芋头各3.33%;F5组,马铃薯、小麦、玉米、红薯各3.33%、山药4.66%、芋头2.00%;F6组,马铃薯、小麦、玉米、红薯各3.33%、山药2.00%、芋头4.66%）。经60 d的饲养,结果表明,F4组仿刺参的特殊增重率最高。在试验2中,在相同容器和条件下饲养平均体质量为4.22 g的仿刺参,对照组饲料（F0组）同试验1,各试验组饲料是用不同比例陆生植物淀粉搭配并全部取代鼠尾藻粉（F1组,南瓜、木瓜、红薯、马铃薯各3.75%,芋头5.0%,其它10.0%;F2组,南瓜、木瓜、红薯、马铃薯各3.75%,芋头10.0%,其它5.0%;F3组,南瓜、木瓜、红薯、马铃薯各3.75%,芋头15.0%,其它0%）。经60 d的饲养,结果表明,F2组仿刺参的特殊生长率、肠淀粉酶活性和消化率分别比对照组提高123.81%、133.93%、10.42%～13.37%,差异极显著（P〈0.01）。用陆生植物淀粉取代鼠尾藻粉的饲料,可促进仿刺参生长的原因可能是其诱食作用和促进其消化吸收。     

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。     

2BML-2(Z)型玉米垄作免耕播种机的研制

针对玉米垄作留茬栽培模式,结合保护性耕作技术的实施要点,设计了2BML-2(Z)型玉米垄作免耕播种机。该播种机主要由动力驱动式破茬装置、开沟施肥装置、镇压传动装置等组成。田间试验结果表明,玉米粒距合格率约96.2%,破茬刀平均入土深度8.5 cm,播种平均深度5.2 cm,施肥平均深度8.5 cm,种肥间距3.3 cm。一次进地可完成破茬、开沟施肥、播种、镇压等作业,作业时土壤扰动小,作业质量满足农艺要求。     

间作小麦的边行效应及其与根系空间分布的关系

采用隔根试验,研究了间作与单作小麦边行效应的差异及其与根系空间分布的关系.结果表明:单作、不隔根间作、塑料薄膜隔根间作、尼龙网隔根间作小麦边1行产量较边2行分别高13.7%、18.2%、29.0%、33.7%,较边3行分别高22.5%、33.9%、19.4%、29.8%,除塑料布隔根处理外,间作小麦的边行优势明显高于单作小麦.0～100cm土层中的小麦根质量密度在处理间的大小关系为:不隔根间作尼龙网隔根塑料布隔根单作小麦;根系分布深度大小关系为:塑料布隔根尼龙网隔根不隔根间作单作小麦;小麦产量与20～40cm土层中的根质量密度呈显著正相关关系.     

重庆地区主要粮食氟背景值研究

重庆是我国地氟病的历史疫区,又是氟污染较重的老工业基地。为查明重庆地区主要粮食氟的污染状况,从重庆辖区内38个区县中,随机抽取土产玉米、小麦、稻谷各570个样品,按国家标准———氟离子选择电极法逐一测定各样氟含量。结果表明,含氟程度为稻谷>小麦>玉米,与国家氟限量标准相比,玉米被轻度污染,小麦中度污染,稻谷重度污染;污染分布规律是主城区>近郊区>边远山区。上述研究结果填补了重庆地区尚无氟背景值研究之空白,为人畜氟病防治提供了大量无法再生的资料。     

三个品种茶树氟富集特性及其在亚细胞中的分布

【目的】研究茶树对氟吸收、富集规律及其解毒机理。【方法】通过水培试验,结合差速离心方法研究平阳特早、乌牛早和凫早2号氟富集的特性及根和叶片中氟的亚细胞分布,比较不同品种之间的差异。【结果】3个品种茶树根、茎和叶氟含量均随着培养介质氟浓度的增加而升高,0—10 mg•L-1氟处理下,地上部分氟含量大于根部氟含量（转运系数＞1）,且茶树吸收的氟中56%贮存在地上部分。除对照组外,大部分氟积累在叶片和根系的细胞壁（76.84%—91.58%）和可溶性部分（53.24%—80.35%）,氟的添加均增加了氟在3个品种茶树细胞壁和可溶性部分中的分配比例,减少了其在细胞器中的富集。加氟处理下,平阳特早和乌牛早叶片亚细胞组分氟含量的变化趋势为：细胞壁＞可溶性部分＞细胞器;凫早2号为可溶性部分＞细胞壁＞细胞器。低氟（0—5 mg•L-1）氟处理下,茶树根系亚细胞氟含量变化趋势为：细胞器≥细胞壁＞可溶性部分;高氟（10—50 mg•L-1）氟处理下,则为细胞壁＞可溶性部分≥细胞器。【结论】转运系数、地上部分氟的贮存率和氟在亚细胞组分的分布表明,茶树具有较强的向上运输氟的能力;氟在茶树根和叶中的亚细胞分布与茶树的品种和溶液氟处理的浓度有关,叶片中总氟含量与各亚细胞组分氟含量之间及其各亚细胞组分氟含量之间的关系与品种有关,根系表现与品种无关;细胞壁和可溶性部分是茶树高氟处理下氟主要的存储部位,说明细胞壁沉淀和细胞内的区隔化作用可能是茶树能够解除氟毒的重要原因。