镉对植物光合作用及氮代谢影响研究进展

镉是毒性最强的环境污染物之一。植物中积累的镉可通过食物链进入人体,给人类健康带来潜在危害。镉能抑制植物生长,能使植物形态、生理生化及结构发生改变。镉可减少净光合速率,损伤光合器官;使叶绿素含量下降;抑制气孔开放,从而影响植物的光合作用;镉通过改变植物硝酸还原酶(NR)、谷胺酰氨合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)以及谷氨酸脱氢酶(GDH)的活性,进一步影响植物氮代谢过程。光合作用及氮代谢在植物生长发育过程中起着十分重要的作用,综述了重金属镉对植物光合作用及氮代谢的影响,并对其机理进行了探讨。     

Cd2+胁迫对紫花苜蓿叶绿素和可溶性糖含量的影响

以紫花苜蓿为试材,采用盆栽试验,研究不同浓度Cd2 胁迫对不同茬期紫花苜蓿的叶绿素、可溶性糖的影响。结果表明:随重金属Cd2 胁迫剂量的加大,3茬紫花苜蓿叶绿素含量、可溶性糖含量呈倒"N"形规律变化,即降-升-降的变化,这与重金属诱导下紫花苜蓿的防御机制有关。3茬紫花苜蓿的可溶性糖含量不同,依次是第1茬>第2茬>第3茬,3茬紫花苜蓿的叶绿素含量不同:低浓度Cd2 下,第2茬>第1茬>第3茬;高浓度Cd2 下,第2茬>第3茬>第1茬。主要原因可能是由于苜蓿的收割,导致Cd流失,胁迫作用减弱或者是多种影响因素综合作用的结果。     

镉对小麦幼苗的生长和生理生化反应的影响

镉对小麦幼苗和根系生长有抑制作用,尤以对根系的抑制更为显著,但镉浓度为5ppm时,有刺激生长的作用.幼苗的脯氨酸和可溶性蛋白质含量随镉浓度的增加而增加,尤其在高浓度镉下脯氨酸含量剧增,电解质外渗率也明显增大.镉使胚乳中的α-淀粉酶活性降低,这种效应随镉浓度增高而加强,随幼苗的生长却趋于减弱.镉诱导根的正、负极向过氧化物酶同工酶产生新谱带,并使原有的一些谱带活性增强.上述结果显示出镉使小麦幼苗的细胞结构和功能受到损害,而小麦幼苗对镉害也表现出一定的适应性保护反应.     

一氧化氮对铜、镉胁迫下平邑甜茶幼苗活性氧代谢的影响

利用一氧化氮供体硝普纳（sodium nitroprusside,SNP）,研究了一氧化氮对铜、镉胁迫下平邑甜茶幼苗的活性氧代谢的影响。结果表明：在200μM的CuCl2或CdCl2处理下,25～200uM的SNP能够提高平邑甜茶幼苗根系和叶片的SOD,POD活性,降低根系和叶片的超氧阴离子（O-2）产生速率及丙二醛（MDA）含量,表明适当浓度的一氧化氮可以通过提高部分抗氧化酶活性来缓解铜、镉胁迫对平邑甜茶幼苗的伤害。     

磷、镉交互作用对烟草生长及吸收积累磷、镉的影响

采用盆栽实验研究石灰性土壤中磷、镉交互作用对烟草生长的影响,结果表明,磷的添加可减轻镉对烟草的危害。随着向土壤中添加磷浓度的增加,烟草生物量呈增加趋势。而当磷浓度为150mg kg-1时烟草生物量显著增加,地上部分变化比地下部分明显;而烟草中镉的含量呈先下降再增加的趋势。当镉浓度相同条件下,随着向土壤中添加磷浓度的增加,烟草中的镉含量呈现先下降再增加的趋势,高浓度镉尤为明显,在镉浓度为40mg kg-1时最为明显。研究还发现,同一磷浓度下,随着镉浓度的增加植株中磷含量呈逐渐下降趋势,此外,植株中镉含量、磷与土壤环境中磷、镉含量浓度呈显著正相关。     

镉污染土壤植物修复的EDTA调控机理

我们通过温室盆栽试验 ,在不同Cd处理的土壤中加入EDTA ,分析了印度芥菜根和地上部Cd的浓度 ,探讨EDTA进入土壤后对Cd吸收和运输的影响。结果表明 :加入EDTA ,水提取的Cd浓度增加了 40 0倍以上 ,NH4 NO3提取的Cd浓度增加了 40倍以上 ,在土壤Cd浓度较低时 ,EDTA对植物吸收Cd没有显著影响 ,当土壤添加Cd在 1 3 0mgkg- 1以上时 ,加入EDTA显著增加了地上部Cd的浓度。EDTA能增加印度芥菜地上部中Cd的浓度 ,不是由于土壤溶液中Cd浓度增加从而增加了印度芥菜根对Cd的吸收 ,可能是EDTA加入土壤后增加了这些元素在土壤溶液中的浓度 ,从而高浓度的Cd对植物根细胞产生毒害 ,增加了细胞膜的透性后 ,土壤溶液中的络合物得以进入根细胞并随蒸腾作用运输到地上部。     

几种有机物对紫色土镉的溶出效应与吸附-解吸行为影响的研究

研究了天然有机物胡敏酸和富里酸 ,螯合剂EDTA和DTPA和四种简单有机酸对紫色土镉的溶出效应和吸附解吸行为的影响。结果表明 ,供试八种有机物均能显著促进镉从紫色土中的溶出。作用大小顺序为 :EDTA≥DTPA >柠檬酸 >胡敏酸 >草酸 >富里酸 >酒石酸≥水杨酸。有机物对土壤镉溶出和迁移的影响是其对土壤镉吸附和解吸综合作用的结果。有机物显著降低了紫色土对镉的吸附 ,其作用大小顺序与其对镉的溶出能力的相对大小顺序一致 ,同时也改变了吸附镉的解吸特性。有机物影响下 ,紫色土镉的吸附动力学模型以双常数方程拟合最佳。而吸附等温曲线以Freundlich方程拟合最好 ,吸附常数n与有机物对土壤镉的溶出率之间存在良好的相关性。     

籽粒硫苷特性对甘蓝型油菜吸收积累Cd的影响

油菜对Cd的吸收转运不仅受外源S供应的影响,且与自身S代谢关系非常密切。硫苷是影响油菜品质的重要含S次级代谢产物,而油菜籽粒硫苷含量能较好地表征油菜的硫苷特性。为了解油菜硫苷特性与油菜吸收积累Cd之间的关联,通过Cd污染土壤的大田试验,研究了不同硫苷特性甘蓝型油菜的Cd吸收积累特性。结果表明,初花期高、低硫苷油菜不同器官间Cd含量皆为根叶茎,成熟期皆为茎根壳籽粒。初花期高硫苷与低硫苷油菜对Cd的吸收积累无显著差异;而成熟期高硫苷油菜对Cd的吸收积累显著低于低硫苷油菜,高硫苷油菜成熟期根、茎、壳、籽粒Cd含量分别为3.90 mg?kg?1、4.50 mg?kg?1、0.97 mg?kg?1、0.17 mg?kg?1,低硫苷油菜则分别为4.57 mg?kg?1、5.20 mg?kg?1、1.32 mg?kg?1、0.29 mg?kg?1,比高硫苷油菜分别高17.18%(P0.05)、15.56%(P0.05)、36.08%(P0.05)、70.59%(P0.05)。成熟期高硫苷油菜壳/茎、籽粒/壳Cd转运系数分别为0.22和0.17,而低硫苷油菜分别为0.25和0.23,比高硫苷油菜分别高13.64%(P0.05)和35.29%(P0.05)。高硫苷油菜显著抑制了Cd从茎向其上位器官(壳、籽粒)的转运。研究结果还表明,低硫苷油菜与高硫苷油菜对污染土壤Cd的单季净化率分别仅为0.90%和0.76%,作为修复Cd污染土壤的富集植物,其净化效率皆有待提高。     

Cadmium in upland forests after vitality fertilization with wood ash—a summary of soil microbiological studies into the potential risk of cadmium release

The use of wood ash in forestry has been questioned because of the potential risk associated with its cadmium (Cd) content (1–30 mg kg^–1). In agriculture, wood ash is only allowed for use as a fertilizer when its Cd content is below 3 mg kg^–1. This restriction has not been applied to forest soils and there is a lack of knowledge about the potentially harmful effects of the Cd in wood ash on forest ecosystems. This paper summarizes our recent studies on the microbial communities of boreal coniferous forest humus exposed to Cd-containing wood ash treatment. The main objectives of our studies were to test if the Cd in wood ash has the potential to affect the humus layer microflora of coniferous upland forests and if it has the potential to enter the human food chain. These objectives were tested both in laboratory and field experiments with ash and ash spiked with Cd (in laboratory 400 or 1,000 mg Cd kg^–1 as CdO or CdCl₂; in field 400 mg Cd kg^–1 as CdO). In one study the dissolution of ash was accelerated by irrigating it with simulated acid rain (SAR). Wood ash increased humus layer pH and microbial activities (respiration or thymidine incorporation rates) and changed its microfloral community structure (Biolog, PLFA, 16S or 18S rDNA PCR-DGGE) in both laboratory and field experiments. Spiking ash with Cd induced no further changes in the above-mentioned variables compared to ash alone. The Cd added with wood ash did not become bioavailable as detected with a bacterial biosensor Bacillus subtilis BR151(pTOO24). The form and level of Cd added in the ash had no further effect on the microbiological variables studied. Irrigation of ash with SAR did not increase the amount of bioavailable Cd, although the dissolution rate of the ash was increased. The concentration of Cd in soil water and in the berries of Vaccinium uliginosum and V. vitis-idaea, and the amount of humus bioavailable Cd did not increase with applied ash or ash spiked with Cd although the ash spiked with Cd increased the amount of humus total and extractable Cd in the 4-year field study. Only the ash spiked with Cd and not the unspiked normal wood ash resulted in significantly higher Cd concentrations in the mushroom Lactarius rufus and a slight increase in the berries of Empetrum nigrum (first year only). In conclusion, the Cd in wood ash did not become bioavailable and harmful to forest soil microbes, or leach into the humus layer even when treated with simulated acid rain. It is thus safe to use wood ash as a fertilizer in forests. However, since wood ash adds Cd to the environment, it is recommended that the same sites should not be fertilized with wood ash more than once. The effects of wood ash (3 t ha^–1) on forest soil humus layer microbes are long-term, lasting at least 20 years, and probably longer if higher application dose and/or hardened ash is used.     

土壤有机态Cd转(活)化的影响因子及其综合作用

为实现重金属污染土壤的修复 ,本文讨论了土壤有机态Cd转 (活 )化的影响因子及其综合作用。根据统计学的判别分析发现 :EM菌为其主导影响因子 ,而非以往形态转化研究中所说的pH ,其作用机制可能主要是生物降解 ;就影响因子的综合作用效果而言 ,在有机态Cd向活化态Cd转化中 ,有效的处理组合是随着土壤 pH的改变而变化的 :pH 6.5时 ,以EM菌 1%、C/N 2 0为最佳。pH 7.0时 ,以EM菌 1%、C/N =3 5为最宜。pH 7.5时 ,EM菌 3 %、C/N =3 5才最适 ;本研究条件下有机态Cd减少和活性态Cd增加的协同转化率为 11.5 %。本研究为重金属污染土壤的修复提供了重要的理论依据