甜菜BvGSTU9基因的生物信息学及在镉胁迫下的表达分析

为了进一步研究甜菜谷胱甘肽转移酶BvGSTU9 (LOC104894060)在重金属胁迫过程中的功能。本研究以‘780016B/12优’为实验材料,对该基因序列特征、结构、功能进行预测分析,并利用qPCR检测该基因在不同浓度镉胁迫下的表达量变化。结果显示甜菜BvGSTU9基因全长925 bp,开放阅读框675 bp,编码了由224个氨基酸组成的不稳定膜外蛋白。BvGSTU9与菠菜、藜麦的氨基酸序列相似性较高,与系统发育进化树分析结果基本相符。二级和三级结构预测表明该基因主要由α-螺旋、β-折叠、延伸链及无规则卷曲组成。qPCR显示BvGSTU9基因在不同浓度的镉胁迫下均受到不同程度的诱导,因此可以推断甜菜BvGSTU9基因无论从结构还是功能上,与镉逆境胁迫存在着一定的应答关系。研究结果也为甜菜耐重金属镉机制研究提供参考依据。     

硒肥与钝化材料组配对土壤Cd钝化及稻米Cd消减效果

为了探讨不同硒肥施用方式联合钝化材料对土壤镉钝化和稻米镉消减的效果,采用盆栽试验的方式,选用亚硒酸钠作为硒肥,钙镁磷肥和硅藻土作为钝化材料,设置基施硒肥+钙镁磷肥+硅藻土和叶面喷施硒肥+钙镁磷肥+硅藻土2种方式,研究其不同用量对镉污染酸性稻田土壤修复与安全利用的影响。结果表明：随着施用量的增加,稻米产量增加,基施硒肥产量略高于叶面喷施硒肥,产量差为 2.115 g/pot,与对照(CK)相比,基施0.28%钙镁磷肥+0.12%硅藻土+0.004‰硒(T3)能够提高1.68倍的稻米产量;随着施用量的增加,pH升高,有效Cd降低,有机质与CEC变化不大;基施硒肥与叶面喷施硒肥处理对土壤pH、有机质与CEC差异不显著,但基施硒肥处理有效Cd含量略低于叶面喷施硒肥处理,T3对土壤Cd的钝化效果最佳;随着基施硒肥用量的增加,稻米Cd含量降低,随着叶面喷施硒肥用量的增加,稻米Cd含量先降低后升高,基施硒肥处理对稻米Cd的消减程度强于叶面喷施硒肥处理,相差 0.021 mg/kg,与对照(CK)相比,T3处理稻米Cd降低0.063 mg/kg。可见,硒对调控稻米镉累积具有重要作用,且基施硒肥强于叶面喷施。综上所述,基施0.28%钙镁磷肥+0.12%硅藻土+0.004‰硒对土壤Cd钝化与稻米Cd消减的效果最佳,值得在镉污染稻田推广应用。     

黑豆—油菜与大豆—油菜轮作模式土壤镉修复能力比较

通过设置黑豆-油菜、大豆-油菜的轮作模式在湖南醴陵进行大田试验,结果发现黑豆表现出较强的镉富集能力,其根、茎、叶及果壳中镉含量分别为2.14、2.63、4.10及1.34 mg/kg,富集系数均在1以上。油菜各个部位镉含量较高的分别为叶与茎,达到了7.13和4.73 mg/kg。黑豆各部位镉转运系数均高于大豆,各油料作物提取的重金属主要集中在茎与叶。大豆叶的镉富集系数为2.06,茎的镉富集系数为0.86,明显低于黑豆同部位的富集能力。每公顷土地经过一轮黑豆-油菜、大豆-油菜轮作分别能够从土壤中提取73.52 g和51.68 g的镉,对土壤重金属镉的修复效率约为3%。     

叶面阻隔联合土壤钝化对水稻镉吸收转运的影响

为了探讨叶面阻隔联合钝化对水稻镉吸收转运的影响，实现重金属污染农田稻米安全生产，采用大田试验的方式，选用氨基酸螯合硒营养液肥和活性硅肥作为叶面阻隔剂，硅钙肥和贝壳粉作为土壤钝化剂，在田间共设置7个处理：水稻常规种植（CK），叶面喷施氨基酸螯合硒营养液肥（Se400），叶面喷施活性硅肥（Si1000），叶面喷施氨基酸螯合硒营养液肥的同时分别基施硅钙肥（Se400GG）和贝壳粉（Se400BK），叶面喷施活性硅肥的同时分别基施硅钙肥（Si1000GG）和贝壳粉（Si1000BK）。水稻成熟后对水稻籽粒、颖壳、秸秆、根四部分的镉含量进行检测。结果表明：与对照处理相比，各处理水稻籽粒中镉含量均不同程度降低，且叶面阻隔联合土壤钝化处理的效果更好。Se400GG处理水稻籽粒镉含量下降最明显，降幅为88.13%，水稻籽粒镉含量为（0.18±0.01）mg·kg^-1，低于大米镉限量值0.2 mg·kg^-1（GB 2762—2017）；其次是Si1000GG处理，水稻籽粒镉含量下降了56.77%；单独叶面阻隔的两个处理Si1000和Se400效果较差，水稻籽粒镉含量仅下降了18.28%和9.03%。水稻籽粒镉含量降低的主要原因是水稻各部位的富集系数和转运系数减小，Se400GG和Si1000GG处理水稻根到秸秆的转运系数下降了84.93%和72.60%，水稻籽粒的富集系数下降了87.88%和56.06%，而Se400和Si1000处理水稻根到秸秆的转运系数仅下降46.58%和38.36%，水稻籽粒的富集系数仅下降12.12%和15.91%。可见，叶面阻隔联合钝化技术，尤其是叶面喷施氨基酸螯合硒营养液肥的同时基施硅钙肥能更有效地阻隔水稻对镉的吸收和转运，降低水稻籽粒镉的含量，是值得在镉低污染稻田推广应用的技术。     

调理剂及农艺措施对污染稻田中水稻吸收镉的影响

【目的】探究水分管理、调理剂措施和组合措施对污染稻田稻米降Cd效果,旨在探索出不显著降低水稻产量前提下,能更高效降低土壤Cd生物有效性和稻米中Cd含量的方法。【方法】在湖南省株洲市选择中度Cd污染稻田开展田间小区水稻试验。试验中水稻种植两季,早稻品种为中嘉早17,晚稻为泰优390。试验分为6组,分别为水分管理（T2）处理、施用硅肥（T3）处理、施用竹炭处理（T4）、施用硅肥结合水分管理（T5）处理、施用竹炭结合水分管理（T6）处理和1个试验对照（T1）,重复3次。【结果】试验各处理对稻田土壤有效态Cd含量均有降低,竹炭结合水分管理（T6）处理对两季水稻土壤均有显著降低,硅肥结合水分管理（T5）处理对晚稻土壤有效态Cd降低幅度最大。试验各处理对水稻各部位Cd含量均有降低效果,在糙米Cd含量方面,5个试验处理中对糙米Cd含量降低幅度以组合措施修复技术效果最好,即硅肥结合水分管理（T5）和竹炭结合水分管理（T6）处理。在水分管理修复技术(T2)中降Cd效果最高为29.23%;在施用调理剂修复技术中,硅肥处理（T3）和竹炭处理（T4）对稻壳和糙米中Cd含量均有显著降低（P＜0.05）作用,其中硅肥处理（T3）糙米最高降Cd幅度为49.23%,竹炭处理（T4）糙米最高降Cd幅度为47.69%;在组合措施中均能显著降低水稻糙米Cd含量,其中硅肥结合水分管理（T5）处理糙米降Cd幅度为60.34%—78.46%,竹炭结合水分管理（T6）糙米降Cd幅度为56.90%—67.69%。同时,本文对土壤有效态Cd含量与水稻各部位Cd含量相关性进行分析,发现水稻籽粒（稻壳与糙米）中Cd含量与土壤有效态Cd含量存在极显著正相关（P＜0.01）,且两个水稻品种规律一致。各处理对水稻各部位富集系数亦有降低效果,以硅肥结合水分管理（T5）处理和竹炭结合水分管理（T6）效果最好。对于水稻各部位向籽粒转运系数降低效果各部位规律不一致,但茎鞘和叶片两个部位向籽粒（稻壳和糙米）转运系数均显著降低,水分管理（T2）处理除外。在水稻产量方面,仅水分管理（T2）处理对中嘉早17有显著降低,其他处理降低幅度不显著,各处理对泰优390处理没有显著影响。【结论】组合措施优于单一水分管理或单一调理剂处理,且在水稻产量没有显著降低情况下对稻米Cd污染稻田稻米降Cd幅度最高达到78.46%,可以进一步确保Cd污染农田安全利用。     

钝化材料对农田土壤Cd形态及微生物群落的影响

为探讨钝化剂对土壤Cd生态风险和土壤微生物群落结构的影响，通过田间试验，在轻度Cd污染水稻田中施加钝化剂（海泡石、石灰、秸秆生物炭和螯合铁肥）开展相关研究。结果表明：施加钝化剂使土壤pH值提高0.17~1.29个单位，Cd的可交换态减少29.79%~64.48%。施加海泡石、石灰、秸秆生物炭使得微生物群落的多样性指数（ACE、Chao1、Shannon）增加，但螯合铁肥不利于微生物群落的生长，多样性指数均减少。土壤微生物群落随钝化剂的施加发生显著改变，变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门相对丰度有所增加，芽单胞菌门、绿弯菌门、螺旋体菌门相对丰度均降低。相关性分析表明，pH和Cd是影响微生物群落的关键因素，此外Cd形态也对微生物群落产生了影响。研究表明，施用钝化剂可降低土壤中重金属Cd的潜在生态风险，改变土壤微生物群落结构，使多种微生物群落得到抑制或增强。     

南方某矿区土壤镉污染及作物健康风险研究

为了评估南方某县土壤镉污染情况、量化当地不同作物镉含量并对不同人群健康风险进行评估，从该县3个镇采集135份土壤样本，入户采集128份自产大米样本，种植区采集7份脐橙样本，对其中镉含量进行测定。结果表明，3镇采集土壤样品镉超标率分别为41.67%、28.81%和21.62%，地累积指数计算得到该县68.9%的土壤样本受到不同程度的镉污染，大米镉含量超标率分别为48.57%、34.48%、8.82%。而脐橙果肉样品中镉含量较低，远低于0.05 mg·kg^-1。计算不同作物的危害商数（HQ）可得，食用自产大米的危害商数（HQ）值普遍大于1，风险较高，而食用脐橙果肉产生的健康风险低。种植脐橙具有一定的经济效益，且当地具有脐橙适宜的生长条件，故考虑在重污染区种植脐橙取代种植水稻。     

红叶甜菜-花生和油葵-花生轮作修复土壤Cd的能力

利用生物量高的经济作物进行轮作，可在加快修复土壤Cd污染进程的同时获得一定的经济效益。本研究在长沙市望城区群力村Cd轻度污染的土壤进行冬季种植红叶甜菜、夏季复种植花生和春末种植油葵、夏季复种植花生的轮作模式试验，探究重金属修复潜力。结果表明：花生、油葵、红叶甜菜各部位Cd富集系数除花生果实外均大于1，对Cd均有较强的富集能力。油葵-花生、红叶甜菜-花生轮作模式种植一季可提取土壤Cd总量分别为40.80 g·hm^-2和53.34 g·hm^-2。红叶甜菜-花生轮作将土壤Cd含量由0.316 mg·kg^-1降至0.286 mg·kg^-1，油葵-花生轮作一季将土壤Cd含量由0.316 mg·kg^-1降至0.283 mg·kg^-1。研究表明，红叶甜菜-花生、油葵-花生轮作模式均对土壤重金属Cd有较好的修复潜力。     

长期秸秆还田和地下水位对土壤镉积累及有效性的影响

以1982年开始的长期定位试验为对象,研究了2个地下水位(高水位-20 cm和低水位-80 cm)下3种施肥方式(高量秸秆还田HS、常量秸秆还田MS、化肥CF)对水稻土镉积累及有效性的影响。结果表明:高水位条件下,长期秸秆还田可增加土壤总镉及有效态镉含量,HS和MS处理分别较CF处理提高21.8%、59.9%和9.8%、49.2%。低水位条件下,HS处理土壤总镉及有效态镉含量高于CF处理,较CF处理分别提高11.2%和31.6%; MS处理土壤总镉及有效态镉含量低于CF处理,较CF处理分别下降8.8%和14.3%。2012年,在保证原定位试验有足够重复的前提下,变更高水位条件下的部分试验处理。当HS处理变更为CF处理5 a后,土壤总镉和有效态镉含量分别较变更前下降2.5%和5.7%;CF处理变更为MS处理后,土壤总镉和有效态镉含量分别较变更前增加16.5%和58.9%。相同施肥处理,高水位土壤总镉含量高于低水位土壤。在MS处理下,高水位土壤有效态镉含量也高于低水位土壤,而在HS和CF处理下,低水位土壤有效态镉含量高于高水位土壤。土壤镉含量和土壤基本理化性质的相关分析表明,土壤总镉与土壤有机质、络合态铁含量极显著正相关,与pH显著负相关;土壤有效态镉与土壤pH、游离氧化铁极显著负相关。研究表明,施肥方式和地下水位是通过改变土壤的基本性质影响土壤镉的积累及其有效形态。     

镉胁迫下猕猴桃对镉的吸收及转运

在对湖南省猕猴桃成年果园8个猕猴桃品种(金魁、金艳、翠玉、东红、红阳、丰悦、魁蜜、米良一号)镉含量调查分析的基础上，选取镉富集能力有差异的米良一号与金艳猕猴桃进行镉胁迫(5、10、15、20 mg/kg)下对镉的吸收、转运的差异研究。结果表明：成年果园8个猕猴桃品种在土壤中度镉污染(0.9 mg/kg)时，果实镉含量均未超过国家标准值(0.05 mg/kg)；猕猴桃果实成熟期镉含量最高；镉胁迫下，米良一号和金艳镉含量随镉处理浓度增大而上升，且在镉浓度较低情况下富集能力较强；根的镉分配系数最大(＞0.90)，果实的最小，说明猕猴桃主要由根部吸收累积镉；米良一号整株吸收和积累镉量显著高于金艳，但金艳对镉的转移能力强于米良一号，金艳果实镉含量高于米良一号。