我国土壤-蔬菜作物系统重金属污染及其安全生产综合农艺调控技术

近年来,重金属污染耕地安全利用技术研究取得了突破进展,然而将这些关键技术与蔬菜传统高度集约化种植模式进行耦合的研究还比较少,大规模推广应用鲜见报道。因此,本文在查阅最新发表文献的基础上,梳理了我国土壤-蔬菜作物系统重金属污染状况,归纳了蔬菜作物重金属吸收积累特征,并总结了重金属污染蔬菜地安全生产综合农艺调控技术研究进展。当前,我国蔬菜地土壤重金属污染以中轻度为主,且区域分异明显。蔬菜作物重金属超标现象在全国各地时有发生,给蔬菜产业发展和人类健康带来了极大的危害。蔬菜作物对重金属的积累能力因种类、品种、部位而异,受基因型、土壤理化性质和外界环境条件的制约,因此调整种植布局、选用重金属低积累品种、合理轮间套作、施用土壤改良剂和钝化剂、优化水肥管理技术等农艺调控措施是目前中轻度重金属污染蔬菜地安全利用的重要技术途径。未来在进一步深入研究土壤-蔬菜系统重金属迁移转化规律的基础上,宜加强土壤-蔬菜地系统安全生产技术标准、传统种植模式与综合农艺调控措施耦合技术、长期定位试验及风险评价等方面的研究,以实现重金属中轻度污染蔬菜地的安全利用和农产品的安全生产。     

水稻锌生物有效性及通过土壤-植物系统强化锌含量的研究进展

锌是植物和人体所必需的微量营养元素之一。对水稻可食部锌富集机制、锌的生物有效性及通过土壤-植物系统强化和调控锌含量的研究进展等方面进行了简要综述。     

植物源铁生物有效性及评价方法研究进展

缺铁是个世界性的营养失衡问题,给人类健康和经济发展带来严重的负面影响。主要膳食中的铁缺乏或低生物有效性被认为是造成铁缺乏的主要原因。通过植物育种措施,尤其是提高植物源铁富集育种被认为是解决铁营养失衡最经济且有效的途径。然而,近年的研究表明,人体铁吸收与植物源有效铁量密切相关,而与铁积累总量没有相关性。快速、准确的评价植物源铁生物有效性对高有效性富铁作物育种意义重大。本文阐述了植物源铁富集和生物有效性的基因型差异及影响因素, 并分析了铁生物有效性评价方法的优缺点,为植物源铁生物有效性育种及评价提供参考。     

硫对超积累植物东南景天生长和镉累积的影响

通过营养液培养试验研究了不同硫镉水平对超积累东南景天生长和镉累积的影响。结果表明,不同处理下东南景天根、茎和叶片的生物量、镉含量、镉累积量均以叶片>茎>根,且以Cd100>Cd10,显示出东南景天对镉的超积累特性。供硫1.5~2.25 mmol/L显著提高超积累东南景天根、茎和叶片的生物量、镉含量、镉累积量及整株镉累积总量。超积累东南景天地上部分(叶片 茎)镉累积量/地下部分(根)镉累积量的比值(S/R)远大于1,表明东南景天植株体内可能存在"增硫诱导镉需求"现象,而从植物修复角度来说,利用增硫手段提高超积累东南景天生长和地上部镉的积累能力具有重要的应用价值。超积累东南景天Cd的吸收速率和转运速率随营养液中硫(S)浓度的增加而增加,二者可分别用对数方程和直线方程来描述。     

pH和曝气对水生植物去除富营养化水体中氮磷等物质的影响

利用植物浮床系统,通过室内静态模拟试验,研究了pH和曝气对水生植物净化富营养化水体影响。试验结果表明,不同pH处理6 d后,植物系统在pH8.9下对TN,CODMn,BOD5的去除效果最好,TP的去除效果在pH6.7下最好,Chla的去除效果在pH5.0下最好。然而,无植物系统中,TN,TP的去除效果在pH8.9下最好,BOD5的去除效果在pH6.7下最好,CODMn,Chla的去除效果在pH5.0下最好。有无植物系统中,曝气处理6 d后对TN影响很大,但去除率明显小于不曝气处理(P<0.001),除在豆瓣菜系统中,曝气还对CODMn去除产生一定的影响,但对TP和Chla的去除无影响。本试验结果还表明,植物修复系统和无植物系统中,不同pH处理下,水体中NH4-N,NO3-N,NO2-N的去除效果均在pH8.9处理下最好,且在pH8.9 曝气联合作用下水体中NH4-N,NO3-N,NO2-N的去除率也最高。     

锌在超积累植物东南景天叶片细胞水平的吸收积累特征

利用同位素示踪技术研究锌在两种生态型东南景天叶片及叶片原生质体的吸收积累特征。结果表明,锌在东南景天叶片及叶片原生质体中的积累过程分为开始的快速吸收和随后的缓慢吸收两个阶段,超积累生态型东南景天吸收的65Zn明显高于非超积累生态型。两种生态型东南景天叶片及叶片原生质体吸收锌的浓度动力学均为平滑的非饱和曲线,可分为饱和部分和直线部分,其中饱和部分可以用Michaelis-Menten方程拟合。两种生态型东南景天的米氏常数（Km）差异不显著,而超积累生态型的最大吸收速率（Vmax）显著高于非超积累生态型。代谢抑制剂（CCCP）处理显著抑制了超积累生态型东南景天叶片原生质体对锌的吸收。研究表明,在超积累生态型东南景天叶片细胞膜上存在锌载体调控体系,能够促进锌跨叶细胞膜运输并储藏到液泡中,降低对细胞的毒害,是东南景天超积累锌的重要机制之一。     

水稻吸收、运输锌及其籽粒富集锌的机制

 锌是人体必需而又易缺乏的营养元素。在粮食作物可食部位生物强化锌被认为是解决人体缺锌的最有潜力的途径。水稻根吸收锌可分为分泌麦根酸等根系分泌物将土壤颗粒中的金属离子活化和重金属转运蛋白把锌离子转运进植株根部两个过程,ZIP家族基因在后一过程中发挥重要作用。水稻锌在木质部中运输主要以离子态为主,也可同有机酸、尼克酰胺等配体协同运输。地上部锌通过韧皮部再转运到新生组织或装载进入籽粒,水稻韧皮部再转运能力是影响籽粒富锌的关键因素,而锌大量累积在糊粉层中或与植酸等结合后,大大降低了锌的生物有效性。研究粮食作物籽粒富锌机制,利用现代分子生物技术生物强化籽粒中的锌含量,对满足人类锌营养健康具有重要意义。综述了锌在植物体内的生理功能,水稻对锌的吸收、运输和再转运,锌装载进入籽粒,锌在植物体内的分布与赋存形态,以及锌在粮食作物中的生物强化等最新研究进展。     

水稻锌营养高效基因型的生理特性

采用HEDTA螯合缓冲营养液培养法,研究了水稻锌营养高效基因型IR34、IR36、IR8192和锌敏感基因型IR26、测64 7、碧玉早糯在不同锌离子活度（pZn2+>11.5,11.3, 11.0, 10.6, 10.3, 9.7）下的生理特性。结果表明,锌离子活度在对不同水稻基因型秧苗生理特性影响上有明显的区别,其中叶绿素含量、光合速率、MDA含量和根系H+分泌量差异比较明显。在供锌水平较低情况下,水稻锌营养高效基因型叶绿素含量下降速度慢,光合速率降低幅度小,MDA含量升高的幅度小,根系能分泌更多的H+,这些指标可以作为衡量水稻锌营养效率的指标。     

供氮水平对稻株铁、锰、铜、锌含量和稻米品质的影响

采用室内盆栽试验,研究了不同氮肥施用量对水稻铁、锰、铜、锌含量和稻米品质的影响。 随着氮肥使用量的增加,与对照相比,4种微量元素在稻株地上部组织中的含量增加。施氮水平对两个品种徽量元素含量的总体影响趋势一致,只是在稻株中含量不同,表明施氮量对品种的特性表达没有影响。糙米中微量元素含量随着施氮量的增加表现出先升高后降低的趋势,其中以氮肥使用量在160 kg/hm2时增幅最大。此时,IR64的糙米中的铁、锰、铜、锌含量分别比对照增加28.96%、41.34%、58.31%和16.0%,而IR68144的糙米铁、锰、铜、锌含量分别比对照增加2216%、13.75%、8.75%和2021%。同时,随着氮肥使用量的增加,籽粒蛋白质含量增加,直链淀粉含量降低,糙米的胶稠度变大。说明合理的氮肥管理措施可在一定程度上调控籽粒微量元素积累,改善稻米营养品质。     

HCO3-同化物在水稻体内的运输分配及其与石灰性土壤水稻耐缺锌的关系

试验采用营养液培养、同位素示踪方法,研究了HCO3-同化物在缺Zn敏感（IR26）和耐性水稻品种（IR8192-31-2）体内运输和分配的差异。研究结果表明,HCO3-同化物从敏感品种根部向地上部运输较少,在根部积累较多,而耐性品种HCO3-同化物向地上部运输较多,速率较快,而在根部积累较少;施Zn促进敏感品种HCO3-同化物从根部向地上部的运输。敏感品种离体根吸收的HCO3-高于耐性品种,并且HCO3-同化物从根尖向伸长区迁移的速率高于耐性品种。以上结果表明HCO3-同化物运输和分配差异是不同水稻品种对缺锌敏感差异的重要机制之一。