镉低积累水稻品种选育研究进展

水稻（Oryza sativa L.）是我国主要粮食作物之一,稻米镉超标问题严重威胁人体健康。降低稻米镉污染风险,实现水稻安全生产迫在眉睫。镉低积累水稻品种选育是降低稻米镉污染风险经济有效的方法之一。从常规表型筛选到分子标记辅助筛选,从常规育种到分子标记辅助育种、基因工程育种、基因编辑和分子设计育种等分子育种技术,低镉水稻品种选育技术将会走向精准化、高效化与智能化,为水稻的安全生产提供了巨大推动力。综述了镉低积累水稻品种筛选与低镉水稻材料创制的研究进展,并对未来低镉水稻新一代分子育种技术的发展方向进行展望,旨在为保障我国粮食安全与居民健康提供科学支撑。     

绿肥作物矿化分解对土壤镉有效性的影响研究进展

绿肥是一种生物有机肥,其矿化分解是绿肥作物翻压进入土壤中被微生物分解产生植物可直接利用的物质的过程。绿肥矿化分解可影响土壤镉（Cd）有效性,但绿肥与Cd有效性两者并非简单的线性相关。本文综述分析了绿肥作物矿化分解对土壤Cd有效性的影响及其作用机理。结果表明：在绿肥翻压进入土壤被微生物分解的过程中,土壤中的可溶性有机质、pH值与Eh值、铁还原和微生物群落均影响重金属Cd在土壤中的迁移,可以使重金属Cd固定在土壤中或在植物根系表面沉淀;作物细胞拦截可降低Cd向地上部分的转运,最终只有极少量Cd到达作物的可食用部分。但由于受到绿肥用量、作物品种、土壤理化性状等其他因素的干扰,绿肥对土壤中Cd的修复效果具有不确定性。最后,通过总结分析绿肥对土壤性质的影响和其他因素对绿肥的干扰,阐明了绿肥对土壤中Cd有效性的影响机制。     

热改性坡缕石对土壤Cd污染的钝化修复研究

为探讨不同热解温度下的坡缕石对土壤中重金属Cd的钝化效果,将坡缕石颗粒分别在250、300、350、400、450℃条件下热解2.5 h,将其施用于重金属Cd污染土壤中,进行钝化试验和盆栽试验来判断对Cd污染土壤的钝化效果。结果表明:添加不同温度的热改性坡缕石均不同程度地提高了土壤pH、EC和CEC,使DTPA和TCLP提取态Cd含量显著降低,在添加350℃的热改性坡缕石钝化土壤时,两种提取态Cd含量降幅最大,分别为39.7%和32.6%。添加350℃的热改性坡缕石可以促进Cd由活性高的酸溶态向活性低的残渣态转化,从而有效降低Cd的迁移能力。添加热改性坡缕石有助于玉米植株的生长,与对照相比,玉米植株的根长、株高、鲜质量和干质量都有显著的增高,同时Cd从土壤到地上部分的富集和地下部分到地上部分的转运有了明显的降低。因此,热改性坡缕石可作为钝化修复重金属污染土壤的环保材料。     

丛枝菌根真菌对镉胁迫水稻秧苗生长发育的影响

【目的】探讨丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）对镉胁迫水稻秧苗生长发育的影响,为利用AMF菌根技术减少稻米镉超标提供理论指导。【方法】分别在无镉胁迫和1 mg/kg镉胁迫的水稻育秧土壤中接种摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae,FM）和根内根孢囊霉（Rhizophagus irregularis,RI）,以接种等量高温高压灭菌后的FM+RI菌剂为对照,30 d时测定这2种AMF对水稻秧苗根系的侵染率,并分析其对秧苗株高、生物量、叶绿素含量以及镉含量的影响。【结果】在无镉胁迫的条件下,FM、RI对水稻秧苗根系的侵染率分别为33.4%和24.9%;与对照相比,FM和RI处理秧苗的株高分别增加8.6%和7.6%（P<0.05）,生物量和叶绿素含量无显著性差异。在1 mg/kg镉胁迫的条件下,FM、RI对根系的侵染率分别为25.1%和20.3%;与对照相比,FM和RI处理秧苗的株高分别增加26.5%和21.0%（P<0.05）,生物量分别增加33.1%和18.6%（P<0.05）,叶绿素含量分别增加16.1%和15.2%（P<0.05）,根系镉含量分别增加186.2%和207.7%（P<0.05）,地上部分镉含量分别减少40.2%和36.8%（P<0.05）,镉转运系数均降低80.0%（P<0.05）。【结论】FM和RI能够显著促进镉胁迫水稻秧苗的生长发育,增强根系对镉的固定能力,减少镉从地下部分到地上部分的转运。     

耐镉阿氏芽孢杆菌缓解水稻受镉胁迫的研究

为了探究阿氏芽孢杆菌T61缓解水稻受镉胁迫的效应,运用96孔板法、电感耦合等离子体质谱法、比色法测定菌株T61的镉耐受性、镉去除率和植物促生性;利用绿色荧光蛋白标记的T61,观察菌株在水稻上的定殖;利用蘸根法施加T61菌剂,观察其降低水稻籽粒镉积累的效应。结果表明：菌株T61对Cd²⁺的最大耐受浓度达到500 μmol·L^-1;在含镉液体培养基中培养24 h后,菌株T61对Cd²⁺的去除率超过50%。菌株T61可以合成植物促生性物质吲哚乙酸（6.2 μg·mL^-1）和铁载体（46.6 μmol·L^-1）,并具有溶磷能力（37.1 μg·mL^-1）。菌株T61可以在水稻根和茎上定殖。大田条件下,T61菌剂可以降低营养期水稻茎叶丙二醛含量和抗氧化酶活性,并使水稻728B和NX1B籽粒中的镉含量分别降低13.5%和11.2%。研究表明,阿氏芽孢杆菌T61是一株具有植物促生性的耐镉细菌,可以缓解某些水稻品种遭受的镉胁迫,在镉污染稻田的微生物修复方面具有一定的应用前景。     

巯基化坡缕石对碱性土壤镉污染的快速钝化修复效应

为了探究巯基化坡缕石作为钝化剂在镉污染碱性土壤上的适用性及应用潜力,选取典型镉污染碱性土壤,以青菜和生菜为模式作物开展盆栽试验和土壤培养试验,研究巯基化坡缕石对碱性土壤镉污染的快速钝化修复效应。结果表明：巯基化坡缕石在应用剂量为0.1%~0.3%（m/m）时可以使生育期内青菜地上部镉含量降低81.44%~93.44%,根系镉含量降低68.47%~85.63%,生菜地上部镉含量降低65.11%~92.18%,根系镉含量降低57.77%~91.92%。收获时可食部位镉含量满足国家食品卫生标准限量值要求,在极低的应用剂量下显著的钝化效应是其优势。巯基化坡缕石可使土壤DTPA浸提有效态镉含量降低68.57%~84.10%,钝化过程速度快,5 d左右达到平衡,可以用二级动力学拟合。连续浸提形态分析显示,巯基化坡缕石能够快速减少土壤中可交换态和碳酸盐结合态镉含量,并显著提高易还原金属氧化物结合态镉含量,使镉由活泼态向不活泼态转化,从而减少作物吸收累积。巯基化坡缕石同时抑制了青菜和生菜对镉的转运系数和生物累积系数,进一步降低了可食部位镉含量。研究表明巯基化坡缕石是一种在镉污染碱性土壤上具有快速钝化作用和良好应用潜力的高效钝化剂。     

物种敏感性分布法拟合函数的拟合优度评价

为明确物种敏感性分布(SSD)法适用于酸性土壤条件下的最优拟合函数,以均方根(RMSE)和残差平方和(SSE)为评价指标,系统分析了不同pH和累积概率条件下5种常见拟合函数(Log-logistic、Gamma、Log-normal、Weibull和BurrⅢ)的拟合优度。研究表明:两种pH条件(pH 5.5和pH 6.5)下5种拟合函数的拟合优度无明显差异,其中Log-logistic、BurrⅢ函数的SSE值分别为0.021、0.024和0.169、0.191,RMSE值分别为0.038、0.040和0.106、0.113,两者拟合效果较好;但不同累积概率条件下拟合函数的拟合优度存在一定差异,其中低累积概率(p≤20%)条件下Log-logistic与Gamma的SSE值分别为2.45×10-4和2.46×10-4,RMSE值分别为4.04×10-3和4.05×10-3,两者拟合效果较好;中累积概率(20%p≤80%)条件下Log-logistic与Log-normal的SSE值分别为0.018和0.021,RMSE值分别为0.034和0.037,两者拟合效果较好;而高累积概率(p80%)条件下BurrⅢ与Log-logistic的SSE值分别为0.151和0.203,RMSE值分别为0.100和0.116,两者拟合效果较好。研究表明,酸性土壤(pH≤6.5)中低、中累积概率(0≤p≤80%)条件下优先推荐使用Log-logistic拟合函数,而高累积概率(p80%)条件下优先推荐使用BurrⅢ拟合函数。     

长期不同耕作方式与秸秆还田对稻田镉生物有效性的影响

以湖南省典型双季稻区的土壤-水稻系统为研究对象,通过长期田间连续定位试验,研究不同耕作方式和秸秆还田对土壤-水稻系统镉生物有效性的影响。试验采用随机区组设计,共设4个处理:翻耕+秸秆不还田(CT);翻耕+秸秆还田(CTS);旋耕+秸秆还田(RTS);免耕+秸秆还田(NTS)。结果表明:NTS处理增加了土壤阳离子交换量,降低了粉粒的比例。NTS处理土壤总镉和离子交换态镉含量分别为(0.48±0.01)mg·kg~(-1)和(0.39±0.01)mg·kg~(-1),与CTS和RTS处理均无显著差异,但显著高于CT处理。NTS处理早稻和晚稻糙米总镉含量分别高达(0.30±0.04)mg·kg~(-1)和(0.60±0.07)mg·kg~(-1),超过0.20 mg·kg~(-1)的国家食品安全标准(GB 2762—2017),且显著高于其他处理。水稻糙米中总镉含量和土壤总镉、碳酸盐结合态镉和铁锰氧化物结合态镉含量显著正相关。研究表明,耕作强度越弱土壤中镉的生物有效性越高,秸秆还田相对于不还田处理增加了镉的生物有效性。耕作方式和秸秆还田通过影响土壤镉生物有效性进而影响水稻镉含量,免耕秸秆还田增加了土壤和水稻糙米中的镉,带来了镉超标的安全问题。     

镉胁迫下蚯蚓(Eisenia fetida)生物标志物的应激响应研究

为研究重金属镉胁迫下蚯蚓生物标志物的响应并综合评价污染风险,设置不同浓度镉污染的人工土壤微宇宙体系,进行为期30d蚯蚓胁迫实验.比较不同镉浓度下蚯蚓生长繁殖(日增重倍数和日增殖倍数)和生化指标,包括过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽硫转移酶(GST)的活性,糖原(Gn)、可溶性蛋白(SP)、丙二醛(MDA)和金属硫蛋白(MT)的含量,结果表明:日增重倍数和日增殖倍数随着镉浓度升高显著降低,镉对蚯蚓生长繁殖具有抑制作用;镉对大多数生化指标有显著影响,其中SP、CAT、MT、GST含量或活性随着镉浓度的升高而显著提升,但MDA、Gn、SOD表现出不规则变化趋势.生物标志物响应指数(BRI)和综合生物标志物响应指数(IBR)表明,环境胁迫效应随着镉浓度增加而加强.BRI显示在0.1,1和10 mg·kg-1镉浓度下,蚯蚓分别面临着轻度胁迫、较大胁迫和严重胁迫.多项生物标志物对镉有复杂的响应,相较于IBR,BRI具有操作简单、适用范围广的突出优点.     

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.