砷污染土壤的生物修复研究进展

综述了国内外对砷污染土壤微生物修复、植物修复及微生物-植物修复技术的应用等方面的研究进展,并对该领域存在的问题和今后的发展趋势作了具体的分析。     

玉米套作蜈蚣草修复砷污染农田土壤的效应研究

为探明作物-超富集植物套作模式对修复砷污染土壤的效应,采用盆栽实验,探讨了玉米(Zea mays L.)与蜈蚣草(Pteris vittata L.)开放性套作、限制性套作和单作模式对植物生长及As吸收累积的影响。结果表明:和单作相比,开放性套作和限制性套作模式下蜈蚣草生物量显著提高,其地上部分别提高了55.7%和43.9%,但玉米生物量没有显著差异;三种处理间除根无显著差异外,玉米茎、叶和籽粒中As含量均呈单作限制性套作≈开放性套作。和单作相比,开放性套作和限制性套作显著降低了玉米茎、叶、籽粒中As含量,茎中分别降低了35.2%和31.9%,叶片中分别降低了21.9%和18.6%,籽粒中分别降低了24.2%和12.1%;和单作相比,限制性套作对蜈蚣草根部砷含量影响不明显,但显著提高了蜈蚣草地上部砷含量,提高幅度达11.3%;开放性套作同时显著提高了蜈蚣草根和地上部砷含量,分别提高了32.4%和17.9%。开放性套作显著降低了玉米和蜈蚣草根际土有效态As含量,分别降低了9.3%和15.4%;限制性套作显著降低了玉米根际土有效态As含量,降低了9.1%,但对蜈蚣草有效态砷含量影响不显著。玉米与蜈蚣草套作抑制了玉米体内As的累积量,同时促进了蜈蚣草的生长及对土壤中砷的吸收累积。这为中轻度砷污染农田的安全利用提供了参考依据。     

蜈蚣草砷富集的分子机制研究进展

我国土壤砷污染形势严峻,威胁我国粮食安全和居民健康。蜈蚣草是世界上第一种被发现的砷超积累植物,也是为数不多的、成功应用于土壤砷污染修复的植物。对蜈蚣草砷富集分子机制开展研究,可为提高植物修复效率提供理论基础。本文介绍了蜈蚣草砷富集的分子机制,重点阐述了蜈蚣草中参与砷代谢的关键基因及其功能,并展望了相关研究的发展趋势。     

土壤砷污染及其植物修复技术研究进展

综述了土壤砷污染现状以及土壤砷富集植物开发现状,探讨了提高植物修复砷污染土壤的技术途径与强化措施,同时介绍并对比各种植物产后处置技术,最后分析了砷污染土壤的植物修复技术未来的研究方向。     

砷污染土壤的植物修复研究进展

植物修复是目前世界研究的热点,也是治理砷污染土壤的主要手段之一。综述了国内外对砷污染土壤植物修复在超累积植物开发、修复机理及修复技术的应用等方面的研究进展,并对该领域存在的问题和今后的发展趋势作了具体的分析,以期为砷污染区进行植物修复提供理论性参考。     

蜈蚣草生长特性和富集砷的基因型差异研究(英文)

利用从我国蜈蚣草主要分布地区收集到的不同蜈蚣草基因型进行田间试验,评价他们耐砷和富集砷的能力.试验结果表明,蜈蚣草基因型在株高、生物量、羽叶数上都表现出显著的不同.株高变化范围为29.6～68.2 cm;每株羽叶数变化范围为18.0～60.0个;每株地上部鲜重变化为150～540 g;每株根鲜重变化范围为20.3～94.9 g. 蜈蚣草基因型地上部和根部的砷浓度也表现出显著差异.地上部砷积累浓度变化范围为643.10～3009.03 mg·kg-1,根部砷积累浓度变化范围为26.34～112.38 mg·kg-1. 基因型C108地上部积累砷最多,显著大于其它蜈蚣草基因型;研究还发现,蜈蚣草基因型间的转运系数和生物富集系数也存在显著差异. 相关分析显示,蜈蚣草富集砷的量与株高、羽叶数、芽苞数等生长特性呈正相关.     

巨大芽孢杆菌与柠檬酸联合强化青葙修复镉污染土壤研究

为研究柠檬酸和巨大芽孢杆菌对青葙修复Cd污染土壤的影响,筛选最佳添加量以提高修复效率,采用盆栽试验,以正交方式研究了添加不同浓度的柠檬酸(Citric acid)(0、2.5、5、7.5 mmol·kg~(-1)和10 mmol·kg~(-1))和巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)(0、108、109cfu·kg~(-1)和1010cfu·kg~(-1))对青葙(Celosia argentea Linn)修复Cd污染土壤的强化作用。结果表明:与对照处理(无柠檬酸和巨大芽孢杆菌添加)相比,柠檬酸和巨大芽孢处理使青葙各部分生物量、Cd含量及Cd积累量均增加。其中,109cfu·kg~(-1)的巨大芽孢杆菌+5 mmol·kg~(-1)柠檬酸处理增加效果最显著,使青葙叶、茎、根及地上部的生物量分别比对照处理增加48.7%、43.3%、78.8%和45.6%;叶、茎及根中的Cd含量较对照处理分别增加75.8%、76.3%和74.6%;地上部Cd积累量增加159%。该处理的青葙地上部Cd积累量为1.03 mg·pot-1,Cd去除率高达21.0%。因此,添加柠檬酸和巨大芽孢杆菌浓度为5 mmol·kg~(-1)和109cfu·kg~(-1)的处理最有利于提高青葙对Cd污染土壤的修复效率。     

柠檬酸-美人蕉体系对铅镉复合污染土壤的修复效果

【目的】探究柠檬酸与植物联合修复铅镉污染土壤的效果.【方法】拟构建柠檬酸-美人蕉修复体系,探讨其对铅(Pb)和镉(Cd)复合污染土壤修复的影响.采用双因素完全随机区组试验,A因素为铅镉污染浓度,设置4个水平,即Cd₀Pb₀、Cd₁Pb₁₀₀、Cd₅Pb₅₀₀、Cd₁₀Pb_{1 000}(mg/kg);B因素为柠檬酸添加量,设置4个水平,添加量分别为0、2、5、10 mmol/kg.【结果】美人蕉在铅镉复合污染胁迫下长势良好,具有较高的生物量积累,可见美人蕉对重金属铅镉耐性较强,具有修复土壤铅镉污染的潜力;柠檬酸的添加显著增加了美人蕉的株高、根长和生物量(P<0.05),且随着柠檬酸的添加量的增加,美人蕉的株高、根长和生物量逐渐增加;添加柠檬酸显著增加了美人蕉的地上、地下部分和单株铅镉积累量,且使铅镉的转运系数也大于1;在未添加柠檬酸(CA₀)时,美人蕉铅镉含量地下部分>地上部分;添加...     

中国土壤砷污染现状及修复治理技术研究进展

分析了中国地区土壤砷污染现状,由于受当地工业、含砷农药喷洒以及污水灌溉或污泥施用的影响,许多矿区、流域沉积物、蔬菜基地均受到不同程度的砷污染。为寻求最佳的治理方案,综述了目前国内外砷污染土壤修复技术。当应用某一修复技术需要综合考虑土壤的性质、污染程度、污染类别和技术成本。     

EDTA、柠檬酸对Cd、Ni污染土壤植物修复的影响

通过不同浓度的EDTA和柠檬酸对土壤进行处理,强化四川黄芥修复Cd-Ni复合污染土壤的田间盆栽模拟试验,分析了四川黄芥根部和地上部中Cd、Ni的含量,探讨了EDTA和柠檬酸进入土壤后对Cd、Ni吸收和运输的影响。结果表明,采用四川黄芥对Cd-Ni复合污染土壤进行植物修复时,添加5.0mmol.kg-1的EDTA效果最佳,添加2.5mmol.kg-1的柠檬酸次之。     

吲哚乙酸和激动素配合施用对蜈蚣草土壤砷提取效率的影响

为研究植物激素吲哚乙酸(IAA)和激动素(KT)配合施用对砷(As)超富集植物蜈蚣草(Pteris vittata)As提取效率的影响,采用2因素4水平正交盆栽实验,在含As 55 mg·kg~(-1)的土壤中,通过在叶面配合施用不同浓度IAA(0、25、50、100 mg·L~(-1))和KT(0、20、40、60 mg·L~(-1))筛选出使蜈蚣草As提取效率最高的配比,并分析最佳配比下导致蜈蚣草As提取效率最高的生理生化机制。结果表明:在16种IAA和KT配比浓度中,25 mg·L~(-1)IAA和20 mg·L~(-1)KT配合施用时蜈蚣草的As提取效率最高,达到6.49%。该最佳配比下,与未施用激素或单一激素的处理相比,蜈蚣草株高和干重均显著增加;根系形态得到有效改善,根系活力、光合色素含量及叶片过氧化物酶(POD)活性均显著增加,细胞膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量显著降低。相关分析表明,在25 mg·L~(-1)IAA和20mg·L~(-1)KT配合施用下,蜈蚣草As提取效率最高的原因是激素明显改善了其地上部干重、根长、根系活力、光合色素含量及叶片POD活性,这些指标与其As提取效率呈显著正相关。     

柠檬酸和琥珀酸提取牡蛎匀浆液中镉的研究

以琥珀酸和柠檬酸提取牡蛎匀浆液中的镉,并利用单因素试验和正交试验优化提取条件。结果表明,有机酸的pH对牡蛎匀浆液中镉的提取率影响最大,其次是料液比和时间。浓度和温度的影响因有机酸类型不同而有差异。琥珀酸提取镉的最佳条件如下：时间为2 h,温度为35 ℃,酸浓度为0.02 mol/L,料液比为1∶15,pH为2.0;柠檬酸提取镉的最佳条件如下：时间为2 h,温度为35 ℃,酸浓度为0.04 mol/L,料液比为1∶15,pH为2.5。在最佳条件下两种有机酸对牡蛎匀浆液中镉的提取率达到90.2%～91.8%。     

凤尾蕨对铅污染土壤的修复机理研究

以景观植物凤尾蕨作为供试植物,研究其对土壤铅污染的修复效果,并通过分析凤尾蕨植物酶、土壤酶活性的变化,铅积累量的变化等探讨其可能的修复机理。结果表明:叶绿素、植物POD酶(过氧化物酶)、植物CAT酶(过氧化氢酶)一系列指标,在0～500 mg·L~(-1)时随着铅浓度的增加而上升,植物SOD酶(超氧化物歧化酶)在铅胁迫下呈下降趋势,表明凤尾蕨具有一定的耐铅性能;凤尾蕨可以吸收高浓度Pb,其地下部分与地上部分的铅积累量均随土壤铅浓度的升高而增加,地下部铅最大富集量82.578 mg·kg~(-1)、地上部铅最大富集量16.153 mg·kg~(-1),且地下部分和地上部分的富集系数均大于1,其中地下部最大富集系数达10.819,表明凤尾蕨具有将土壤中重金属富集在植物体内的能力;在低浓度Pb(0～500mg·L~(-1))处理时,蔗糖酶、脲酶、磷酸酶三种酶活性相对于对照组有所增加,表明凤尾蕨根际微生物在低浓度铅污染情况下,可协同植株强化对重金属污染土壤的修复作用。     

EGTA与有机酸联合施用对黄麻修复Cd污染土壤的影响

采用盆栽试验研究了柠檬酸(CA)和酒石酸(TA)分别与螯合剂乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)的配施对改进黄麻部分生理特性和Cd提取效率的影响。结果表明,EGTA与有机酸配施能促进黄麻光合色素的合成,增加抗氧化酶活性。各处理均提高了黄麻的株高、根长和各器官的干质量,T2E2处理的总干质量最大,为对照的2.69倍。EGTA与CA和TA的配施不同程度提高了黄麻各器官中的Cd含量和积累量,在E1C1处理中,黄麻具有最大的地上部Cd积累量643.02μg·plant-1。各处理地上部和地下部富集系数均有所提高,地上部增幅达1.30～2.14倍,地下部增幅达0.11～0.80倍。各处理的迁移系数分别较CK增加了0.64～1.66倍,其中,T1E2处理的迁移系数最高,达3.15。土壤净化率明显提高,在T2E2和C1E1处理中达最大值0.346%。综上所述,EGTA与TA或CA配施能显著改善黄麻对Cd的提取效率。     

有机物料对镉污染酸性土壤伴矿景天修复效率的影响

伴矿景天（Sedum plumbizincicola）是一种镉/锌（Cd/Zn）超积累植物,是Cd污染土壤吸取修复的理想植物。为提高伴矿景天（S.plumbizincicola）对Cd污染酸性土壤的修复效果,本研究以水稻秸秆、大豆秸秆、猪粪和水溶性有机肥4种有机物料为材料,分别按土质量1%、3%的施用量施入Cd污染酸性农田土壤,研究了4种有机物料对伴矿景天Cd修复效率的影响。结果表明：施用有机物料可提高土壤pH值和土壤有机质、碱解N、有效P和速效K含量,有效改善供试土壤理化性质;有机物料对土壤有效态Cd含量的影响因有机物料种类和施用量而异,以3%水溶性有机肥处理效果最好,较对照提高了50.0%。与对照相比,施用有机物料显著促进了伴矿景天生长,地上部和根部生物量分别增加了1.08%~40.69%和4.17%~54.17%;水稻秸秆、大豆秸秆和水溶性有机肥处理伴矿景天地上部和根部Cd含量分别较对照增加了10.02%~64.91%和10.95%~45.78%。单一种植伴矿景天修复后土壤Cd去除率为27.6%;施用有机物料辅助修复,土壤Cd去除率可达29.8%~50.7%。因此,在Cd污染酸性土壤伴矿景天（S.plumbizincicola）修复中,可考虑水稻秸秆还田和施用水溶性有机肥来提升修复效率。     

黄芽白与红菜薹杂种后代的细胞遗传学特征

将白菜型油菜不同栽培种‘红菜薹’和‘黄芽白’进行正反交获得杂种一代,再经过多代自交获得高世代杂种。观察杂种后代形态学特征(叶型、株高、分枝数等）、育性特征（花粉育性、自交结实率）和花粉母细胞减数分裂染色体行为特征。结果表明经过多代自交,杂种后代各性状趋于稳定,正反交杂种形态有较大差异,而高世代杂种与杂种一代相比,形态没有明显变化。杂种后代花粉育性和自交结实率都比较高,花粉可育率均达到90%以上,但与双亲相比仍然稍差。杂种后代花粉母细胞减数分裂比较正常,但仍有少数细胞出现异常染色体行为。杂种后代减数分裂终变期染色体联会主要以形成环状和棒状的二价体为主,但也形成四价体等其他染色体构型。杂种后代中平均形成二价体的数目在6.7～8.2,最多全部20条染色体形成10个二价体,其中形成环状二价体和棒状二价体的比例相差不大。除了形成二价体外,部分花粉母细胞还形成少数四价体。与亲本相比,杂种后代染色体联会出现较多的非同源联会,平均每个细胞形成二价体的数目比亲本少,而形成四价体的数目比亲本多。在减数分裂后期Ⅰ,同源染色体分开并移向细胞两极,减数分裂后期Ⅱ,染色单体分开最终形成四分体。在此过程中,绝大多细胞染色体行为正常,但有个别细胞出现后期Ⅰ染色体不均等分离,有些细胞同源染色体分开时形成染色体桥;有些细胞在减数分裂Ⅱ中期和后期出现落后染色体。此杂种后代减数分裂过程较正常,探明杂种后代的减数分裂特征可为白菜型油菜杂交育种提供理论依据。     

外源柠檬酸对3种观赏植物吸收和转运镉的影响

为了探究柠檬酸与植物联合修复镉污染土壤的效果,采用盆栽试验,研究外源柠檬酸的添加对萱草(Hemerocallis fulva)、鸢尾(Iris tectorum Maxim.)和美人蕉(Canna indica L.)3种观赏植物修复镉污染土壤的影响.结果表明:(1)与CK和未添加柠檬酸处理组相比,柠檬酸添加显著降低了土壤的pH值.(2)柠檬酸的添加显著改善了萱草、鸢尾和美人蕉的生长状况,植物的株高、根长和生长量最大值均出现在添加柠檬酸中浓度镉污染(Tm)处理中,其单株生物量最高值分别为13.97、23.92和56.95 g.(3)在CK和未添加柠檬酸处理组中,萱草、鸢尾和美人蕉的地上部分镉含量低于地下部分,其差值变化范围分别为-5.09～-41.06、-6.44～-49.77和-15.35～-53.80mg·kg-1;而柠檬酸的添加促进了地下部分镉向地上部分的转移,使地上部分镉含量高于地下部分,其差值变化范围分别为9.98～42.50、9.51～44.93和16.10～47.59 mg·kg-1.(4)萱草、鸢尾和美人蕉3种观赏植物在添加柠檬酸处理组中的转运系数大于1,显著增加了植株地上部分的镉积累量,且美人蕉的地上部分和地下部分镉积累量明显高于萱草和鸢尾,其最高值分别为7 603.39和1 545.60 μg·株-1.综上所述,萱草、鸢尾和美人蕉3种观赏植物均可作为土壤镉污染修复植物使用,添加柠檬酸可有效提高3种观赏植物对镉污染土壤的修复效率.美人蕉由于植株高大和块状根茎的特性,使其表现出比萱草和鸢尾更强大的镉修复能力.