不同浓度猪粪水对两种植物重金属富集及迁移效应的影响

畜禽粪便是农田有机肥料主要来源之一,由于畜禽粪便中重金属超标与不合理施用,造成土壤重金属污染。该研究旨在探究不同浓度猪粪便废水处理对2种禾本科植物的生物量、土壤pH、电导率、土壤重金属含量以及植物对重金属富集与转移能力的影响。结果表明:随着猪粪便废水浓度增加,土壤pH和电导率随之升高(P0.05);猪粪的施入抑制2种植物对Cd有效态的吸收;臭草在A3处理时对Cr、Cu的富集能力最强, Cr含量为28.24 mg·kg~(-1)(地上部)和107.3 mg·kg~(-1)(地下部),Cu的含量为6.23 mg·kg~(-1)(地上部)和16.99 mg·kg~(-1)(地下部);虎尾草在A2处理时最强,Cr含量为20.24 mg·kg~(-1)(地上部)和90.71 mg·kg~(-1)(地下部),Cu的含量为2.55 mg·kg~(-1)(地上部)和9.26 mg·kg~(-1)(地下部);臭草和虎尾草对重金属的最大迁移总量分别为Cd 0.45 mg和0.83 mg,Cr 141.2 mg和346.13 mg,Cu 30.15 mg和47.2 mg。研究表明,2种植物对重金属Cr和Cu的富集能力较强,但不利于Cd的富集,地下部重金属富集系数大于地上部,地下部对Cr的富集系数大于1(除虎尾草CK),但转移系数都小于1。该研究结果为畜禽粪便的无害化处理提供参考。     

镉胁迫对长春花生长,生物量及养分积累与分配的影响

长春花是我国广泛栽培兼具园林绿化和抗癌药源等重要价值的多年生草本花卉植物。为了解镉胁迫下长春花的生长适应性和对养分的吸收和利用,采用盆栽试验研究了不同镉处理(0,5,10,25,50,100 mg/kg)下长春花生长、生物量及养分(C、N、P 和 K)积累与分配特征。结果表明,随镉处理浓度的增加,植物各器官镉积累量升高;除叶片P积累量降低外,植物各器官生物量生产及 C、N、P和K积累量均表现出先升高后降低的趋势。较高浓度镉处理(≥25 mg/kg)明显抑制了长春花的生长特性、生物量生产以及C、N、P和K的积累,显著改变了生物量及其C、N、P和K积累量的分配格局,但相对低浓度的镉处理(≤10 mg/kg)并无显著影响。一定程度上,长春花对镉具有较强的耐性,为城市园林绿化和净化重金属污染土壤提供了可能,在镉污染土壤的修复中具有一定的应用潜力。     

35份草本植物镉吸收与富集特征比较

选取35份常见草本植物,在室外遮雨条件下采用盆栽方法,研究10mg·kg~(-1)镉(Cd)胁迫下草本植物Cd耐性和富集特征。研究表明:草本植物对10mg·kg~(-1) Cd胁迫有较高耐性,所选35份植物中仅9种植物生长明显受到抑制,根冠比显著降低(P0.05)的仅有2种;不同植物间Cd吸收和积累差异较大,豆科植物以及暖季型草Cd转运能力优于冷季型草,地上部和地下部Cd含量最高的分别为百脉根(Lotus corniculatus)和草地早熟禾(Poa pratensis),Cd转运系数最大的为披碱草(Elymus dahuricum);聚类分析得出,两种一年生黑麦草(Lolium multiflorum)地上部积累量较高,属于高积累类型草本植物。     

紫花苜蓿对镉胁迫的生理响应及积累特性

采用盆栽的方法研究紫花苜蓿(Medicago sativa)对镉(Cd)胁迫的生理响应及积累特性。结果表明,Cd浓度低于25 mg·kg-1可以促进紫花苜蓿地上部和地下部的生长。随着Cd浓度提高,紫花苜蓿相对电导率和叶绿素含量降低,脯氨酸含量呈现先增大后减小的趋势,且在25 mg·kg-1时达到最高。Cd在紫花苜蓿体内表现为地下部地上部,随着Cd浓度增大,紫花苜蓿地上部和地下部Cd含量逐渐增大,转运指数和耐性指数先增大后减小。Cd浓度为25和100 mg·kg-1时,地上部和地下部Cd积累量最大,每盆分别为42.5和26.11μg。综合分析紫花苜蓿的生长、生理变化及富集能力表明,紫花苜蓿适用于浓度小于25 mg·kg-1的Cd污染土壤修复。     

柳枝稷和坚尼草的耐镉性初步研究

为了探究镉污染条件下开发能源植物的可行性,以高生物量黍属能源植物柳枝稷和坚尼草为材料,温室中苗期水培试验,分别对柳枝稷外源施加浓度为0,0.5,5,10,20,50,100μmol/L镉(Cd),对坚尼草施加浓度为0,2,5,7.5,10μmol/L Cd,从形态、生长生理等角度,分析两种能源草对镉的响应。结果表明:随Cd浓度的增加,柳枝稷和坚尼草生物量和根伸长量均下降,Cd浓度为50μmol/L时,柳枝稷根鲜重减少达显著水平(P0.05)。而坚尼草则在Cd浓度为2μmol/L时,根和地上部分总鲜重减少达显著水平。相比于对照,Cd浓度为2μmol/L时,坚尼草的根伸长量已下降96.3%,而柳枝稷在5μmol/L Cd时根伸长量才降低55.0%,柳枝稷的耐镉性高于坚尼草。经20μmol/L镉处理,柳枝稷的地上部镉浓度达40mg/kg,生物量下降了45%。不同浓度的镉处理下,镉在柳枝稷体内的迁移指数为5.9%~14.2%,柳枝稷可以在Cd污染条件下被开发为能源和修复植物种植。此外,实验还发现,在根平均直径为0~1mm范围内,柳枝稷的总根长、根表面积和根体积与镉积累呈显著负相关,与迁移指数呈显著正相关(P0.05),该结果说明,细根在植物的镉吸收积累和转运中可能起着非常重要的作用。     

四种冷季型草坪植物对镉的耐受性与积累特性

高羊茅、草地早熟禾、多年生黑麦草和匍匐剪股颖在镉(Cd)污染土壤上有很高的耐受力,但它们对Cd的耐受性和积累能力鲜有报道。4种冷季型草坪植物在不同Cd浓度(50, 100, 200, 400 mg Cd/kg)下处理60 d,本文对4种草坪植物在Cd胁迫下的生理响应及地上部和根系的Cd含量进行了研究。从Cd胁迫对草坪植物的草坪质量、相对生长速率、草坪密度、地上部和根系的生物量、叶片电导率、叶片相对含水量和叶片光化学效率的影响可以看出,高羊茅对Cd的耐受性最好,其次为多年生黑麦草,再次是草地早熟禾,匍匐剪股颖对Cd的耐受性最差。本研究还发现草坪植物在Cd胁迫下,叶片相对生长速率和根系生物量比其他的生理指标敏感。4种草坪植物地上部和根系的Cd浓度和积累量随着处理浓度的增加而增加。在相同Cd浓度处理下,草地早熟禾地上部Cd浓度最高,高羊茅和匍匐剪股颖次之,多年生黑麦草地上部的Cd浓度最低。4种草坪植物中根系Cd浓度最高的是多年生黑麦草。在50~400 mg Cd/kg处理下,草地早熟禾的转运系数和萃取率最大,多年生黑麦草的转运系数和萃取率最小。在相同Cd处理水平下,草地早熟禾地上部的Cd积累量比其他3种草坪植物高,匍匐翦股颖根系生物量低导致其根系的Cd积累量最低。本研究结果表明,4种草坪植物对Cd有较强的耐受性和积累能力,它们具有应用于Cd污染土壤上植物固定的潜力。     

接种根内球囊霉对白三叶抗铜毒害的影响

采用盆栽试验研究丛枝菌根(AM)真菌根内球囊霉(Glomus intraradices)接种白三叶(Trifolium repens L.)对高度铜(Cu)污染(300mg/kg)的生理生化反应。结果表明:铜污染降低了白三叶单株干重、叶片光合色素、可溶性糖、脯氨酸、过氧化氢酶(CAT)及各部位磷(P)水平,而提高了叶片相对电导率、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸(ASA)、过氧化氢(H_2O_2)、地上部镁(Mg)和各部位Cu水平以及Cu迁移量;AM真菌显著提高了Cu污染条件下白三叶单株干重、叶片叶绿素、可溶性糖、脯氨酸、POD、CAT、ASA、P、Cu及各部位Mg水平,降低了叶片相对电导率和H_2O_2含量;在Cu正常和Cu污染条件下,接种株的Cu迁移量均显著高于未接种株。可见,接种根内球囊霉不仅促进了Cu污染条件下白三叶生长及Cu在地上部的积累量,还通过提高渗透调节和抗氧化能力来增强其抗Cu毒害能力。     

不同浓度镉处理对金盏菊生长及镉积累特性的影响

为探究金盏菊(Calendula officinalis)在镉污染土壤修复中的应用潜力,本研究通过盆栽试验,设定0(CK)、10、30、50、100 mg·kg~(-1) 5个Cd浓度梯度,分析金盏菊在不同浓度Cd胁迫下形态变化、耐性、Cd转移系数和积累特征。结果显示,金盏菊植株在不同浓度Cd胁迫下没有表现出明显的不良状况,株高及生物量随着Cd浓度的增加先增大后减小,在Cd浓度30 mg·kg~(-1)时达到最大值并显著高于CK (P 0.05),100 mg·kg~(-1)与CK无显著差异(P 0.05);每个处理下金盏菊的转移系数均小于1,而地上部富集系数均大于1,金盏菊对重金属Cd的积累量随着土壤中Cd浓度的增加而增大,100 mg·kg~(-1)时每株正常生长的金盏菊对Cd的积累量达到908.21μg。研究结果表明,金盏菊对Cd胁迫具有较好耐性,Cd浓度较高时能起到良好的富集效果。因此,金盏菊在Cd污染浓度较高的土壤上有一定应用潜力。     

重金属铜污染土壤修复牧草植物选择研究

为了选择能够富集重金属铜或对铜具有耐性的牧草植物,以修复铜污染土壤,利用土培方法,研究紫花苜蓿、三叶草和紫穗槐等3种树草种植物在不同铜浓度水平(0%、17%、20%、25%、33%、50%、100%)下的发芽能力和苗木生长指标、苗木生物量以及植株全铜含量的变化。结果表明:紫穗槐和紫花苜蓿的发芽情况表现为"低促高抑"现象,分别在20%和33%铜浓度下发芽势最高(P0.05),100%铜浓度下最低(P0.05)。然而,100%铜浓度对三叶草无明显影响(P0.05),三叶草的发芽率/势在17%~50%铜浓度下显著升高(P0.05)。紫穗槐的苗高、根长和生物量在铜浓度≥25%时显著降低(P0.05),仅根长在20%铜浓度下显著升高(P0.05)。紫花苜蓿的苗高和地径分别在25%和20%~50%铜浓度下显著升高(P0.05);各铜浓度对根长和生物量无显著影响(P0.05)。三叶草的苗高、根长和生物量分别在20%~50%和20%的铜浓度下显著升高(P0.05),生物量在铜浓度≥33%时显著降低(P0.05);各铜浓度对地径无显著影响(P0.05)。三种植物对铜的吸附能力依次为三叶草紫穗槐紫花苜蓿,建议选择三叶草用于西北地区铜污染土壤的生态恢复。     

3种花卉对铅的吸收富集能力研究

采用盆栽试验方法,研究了薄荷、美女樱、羽扇豆3种花卉对铅污染土壤的修复能力,测定了3种花卉不同部位铅浓度对铅的转移和富集系数。结果表明,3种花卉中美女樱地上部吸收富集铅的量最大,积累铅能力最强,其次为薄荷,羽扇豆吸收积累铅能力最弱。在铅浓度为1000mg/kg时,美女樱和薄荷耐性较强,可用作铅污染土壤的稳定修复植物。     

水淹胁迫对紫穗槐生长及营养元素积累的影响

通过对不同水淹条件下紫穗槐(Amorpha fruticosa)植株营养生长及各组织中营养元素积累量的分析,发现紫穗槐在表面水淹条件下根系浅生化,半水淹条件下茎根生长不定根,近全淹条件下先生长茎后生出不定根来适应水淹胁迫。3个水淹处理组植株对氮、磷、钙、铁及锰的吸收表现为增益;对铜的吸收表现为降低;改变氮、磷、钙、锌和铜的分配以适应水淹逆境,均与对照组植株存在明显差异(P<0.05)。所有处理各营养元素的积累量均不低于植物正常生长水平,营养生长指标未见严重缺素症,表明紫穗槐可针对不同水淹条件选择最有效节能的适应机制,是优良的抗涝灌木种。     

Ultrastructural and kinetic studies of copper metabolism in Bedlington Terrier dogs

The objectives of this study were to determine the time course of copper (Cu) absorption in the Bedlington Terrier (BT) dog after duodenal infusion of Cu and to determine the onset of Cu accumulation in BT puppies. At 80 minutes after infusion, Cu was present in the bile and liver at 26.1 and 2675 microg/g dry weight (dw), as compared with 598 and 224 microg/g dw, respectively, in the control. In the puppies, the mean liver Cu concentrations were 443 +/- 216 microng/g dw as compared with 54 +/- 34 microg/g dw in their controls. The BT puppies had large numbers of Cu granules in their hepatic lysosomes, with very few in the bile canaliculi. In contrast, the controls had few granules in their lysosomes and large numbers in their canaliculi. These results suggest that hepatic Cu accumulation occurs rapidly and in utero in the BT.     

外源抗坏血酸对铜胁迫菊苣幼苗生长的缓解效应

为探究外源抗坏血酸(AsA)对铜(Cu)胁迫下菊苣幼苗生长的缓解效应,本研究以普那菊苣为试验材料,采用溶液培养法研究外源AsA对50μmol·L^-1Cu胁迫下菊苣幼苗的生长、Cu积累和生理特性的影响。结果表明,50μmol·L^-1Cu胁迫严重抑制了菊苣幼苗的叶绿素含量、光合作用和生物量的积累,加剧了细胞膜脂质过氧化程度,降低了抗氧化酶(SOD、POD、CAT、APX)活性以及可溶性蛋白含量。外源AsA降低了根系对Cu的吸收和转运,缓解了Cu胁迫对菊苣幼苗的伤害,具体表现为根系、茎叶及总干物质量提高;减少了光合色素(叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素以及类胡萝卜素)的降解,提高了光合作用参数;降低脂质过氧化对细胞膜的损伤;提高了抗氧化酶活性、可溶性蛋白含量以及内源AsA含量。总之,外源AsA通过提高Cu胁迫下菊苣幼苗光合作用特征、抗氧化酶活性和渗透调节物质的含量,缓解了Cu胁迫对菊苣幼苗生长的毒害作用。该结果为外源AsA应用于缓解植物Cu毒害及丰富菊苣耐Cu机制提供依据。     

Pathobiology of copper toxicity

A review is presented of various aspects of copper (Cu) metabolism. The Cu absorption from the gastrointestinal tract in monogastric animals differs from that in ruminants. This is influenced by Cu binding compounds, sulphide production in the rumen, and molybdenum and zinc concentrations of the diet. Moreover, the valence of the Cu ions may influence the availability of Cu in the intestine. Metallothionein and lysosomes are involved in the accumulation of copper in the liver. The different findings in various Cu storage diseases may reflect different mechanisms of disease. Cu-induced liver cell damage and haemolysis may be the result of lipid peroxidation.     

氮素运筹对皖草2号和墨西哥玉米吸收Fe、Mn、Cu、Zn的影响

为明确氮素运筹对皖草2号和墨西哥玉米吸收矿质元素的影响,本研究分析了两者茎、叶及整株的Fe、Mn、Cu、Zn元素含量、累积量以及产量的变化情况。结果表明,皖草2号和墨西哥玉米植株中,Fe的含量最高,且叶片中的Fe含量明显高于茎;皖草2号的Mn、Cu、Zn含量高于或显著高于墨西哥玉米,但Fe含量显著低于墨西哥玉米。不同氮素运筹比较,一次性施肥处理中,2种牧草均以300 kg/hm²(N1)处理的Fe含量最高;而分次施肥处理中,Fe含量有随施氮量的增加而增加的趋势;皖草2号的Mn含量以N1处理最高,Cu、Zn含量以低施氮量处理较高;而墨西哥玉米的Mn含量随施氮量的增加而增加,Cu、Zn含量均以底肥一次性施入的含量较高。N1处理的Fe、Mn、Cu、Zn累积量和产量最高,且墨西哥玉米的累积量和产量显著高于皖草2号。不同器官中4种元素的累积量和产量不同,皖草2号叶片中Fe的累积量和产量高于茎,而Mn、Cu、Zn的累积量和产量低于茎;墨西哥玉米叶片中Fe、Mn、Cu、Zn的累积量和产量均显著高于茎。刈割次数对2种牧草吸收4种元素的影响也不同,皖草2号的 Fe、Mn、Zn含量以头茬草最高,而Cu 含量以第3次刈割草的含量最高;墨西哥玉米则以头茬草的Mn、Cu含量和第3次刈割草的Zn含量最高。2种牧草再生草中4种元素的累积速率表现为Fe＞Mn＞Zn＞Cu,且均呈逐渐下降的趋势,墨西哥玉米的降低幅度大于皖草2号。综合分析认为,生产上选择皖草2号牧草类型,采取一次性施入氮肥300 kg/hm²的管理措施,可以获得矿质营养较高的优质牧草,且要重视头茬草的产量。     

草坪植物耐弱光机理研究进展

在遮荫胁迫下,草坪植物形态特征、解剖结构、光合器官、抗氧化物酶、内源激素以及营养元素的吸收和积累等都会发生一系列变化。本文阐述了草坪植物耐弱光逆境研究的意义、弱光逆境对植物的形态及生理的影响、植物对弱光逆境的生理响应机理和光合调控机制,并对当前草坪植物耐弱光逆境胁迫的研究方向提出自己的看法,旨在为今后的相关研究提供建议。     

狗牙根抗盐性评价及抗盐机理研究进展

狗牙根是一种重要的暖季型草坪草、牧草和水土保持植物。笔者对狗牙根抗盐性评价及抗盐机理方面的研究进行了综述。目前已经对狗牙根属内及与其他草种间进行了广泛的抗盐性评价,认为其具有较强的抗盐性,能够在盐碱地生长,并且存在较大的属内基因型变异;从种间来看,狗牙根的抗盐性通常弱于盐草、沟叶结缕草、海雀稗等草种,而强于结缕草、虎尾草、野牛草、假俭草、高羊茅等草种。在抗盐机理上,已经在离子(主要为Na⁺、K⁺)调控和渗透调节上取得一些进展,狗牙根主要通过盐腺分泌盐离子、离子选择运输、气孔调节等来降低地上部分盐离子积累,通过积累甜菜碱、脯氨酸、可溶性糖等有机物来进行渗透调节。将来的研究应主要侧重于离子选择性吸收、运输、分配和有机渗透调节物质合成关键基因的确定及表达调控机制。     

Assessment of some blood parameters as potential markers of hepatic copper accumulation in cattle.

The increasing frequency of copper (Cu) toxicosis episodes in cattle in recent years, mainly associated with excess Cu supplementation, underscores the need to identify animals in the clinically silent phase of hepatic Cu accumulation. The aim of the study reported here was to evaluate the suitability of various blood parameters as potential early markers of hepatic Cu accumulation in cattle. Paired liver and blood samples from 70 calves aged 6 to 10 months were obtained at slaughter in a region in northwestern Spain where animals usually have hepatic Cu concentration higher than safe values. Neither serum Cu concentration nor ceruloplasmin (CP) concentration, the 2 parameters most commonly used for diagnosis of Cu deficiency, were significantly associated with hepatic Cu concentration. However, whole-blood Cu concentration had a slight but significant correlation with hepatic Cu concentration (r = 0.269, P = 0.026). The use of calculated blood parameters, such as the serum or whole-blood non-CP Cu fraction, or the CP-to-serum Cu ratio, increased the correlation with the hepatic Cu concentration (r = 0.393, P = 0.001, in the case of whole-blood, non-CP Cu concentration), but the strength of the association remained insufficient for accurate prediction of hepatic Cu values. Likewise, hepatic enzyme (aspartate transaminase and gamma-glutamyltransferase) activities were significantly or nearly correlated significantly with hepatic Cu concentration, but the strength of the association remained too low for accurate prediction. It is concluded that direct analysis of Cu concentration in liver biopsy specimens--preferably postmortem liver samples obtained at slaughter--is the best technique currently available for detecting chronic subclinical Cu accumulation in cattle at risk for supraoptimal Cu exposure.     

Intracellular distribution of copper and zinc in the liver of copper-exposed cattle from northwest Spain

The intracellular distribution of copper (Cu) and zinc (Zn) in the livers of normal and moderately Cu-exposed cattle was investigated with the aim of improving understanding of the pathophysiology of Cu accumulation in cattle. At total liver Cu concentrations within the generally accepted normal range (25-100 mg/kg fresh weight) the large-granule fraction was the main subcellular compartment for Cu accumulation, followed by the cytosol and the nucleus, whereas in the microsomal fraction Cu accumulation was very low. With increasing Cu exposure, the capacity of the large-granule fraction to accumulate Cu decreased, proceeding towards a plateau (estimated at about 80 mg/kg at a projected total liver Cu concentrations of 450 mg/kg), accompanied by progressively greater Cu accumulation in the nucleus and cytosol. Total liver Cu concentration had little influence on subcellular Zn distribution, with hepatic Cu concentrations being only moderately correlated with Zn concentration in the large-granule fraction. There was a strong association between the proportion of total Cu bound to metallothionein (MT) and the proportion of total Zn in the large-granule fraction, suggesting that Zn displaced from MT is taken up by the lysosomes for excretion. This pattern of Cu accumulation, as in sheep, may be due to the limited capacity for metallothionein binding of Cu and excretion in bile.