砷污染土壤的蜈蚣草修复研究进展

本文评述了As污染土壤的蜈蚣草植物修复及其对As的解毒机制的研究进展,内容着重包括蜈蚣草对As的富集特征,As在蜈蚣草中的赋存形态、迁移及其转化,土壤以及土壤中P、Ca和K等元素对蜈蚣草吸收、转运As的影响等方面。     

蜈蚣草的植物修复作用对土壤中砷总量及形态分布的影响研究

通过盆栽试验研究砷(As)的超富集植物蜈蚣草(Pteris vittata)对As污染土壤中As总量的吸收,及形态分布的影响。结果表明,蜈蚣草羽叶、叶柄和根系部对土壤中As的吸收量相差很大,蜈蚣草将吸收的88.2%的As转移至地上部。蜈蚣草对土壤中的As污染具有较好的修复效果,供试土壤中总As量降低了12.4%。同时研究结果显示,蜈蚣草的修复作用改变了土壤中As的赋存形态,残留态As的百分含量从97.41%降低到92.96%,而交换态、碳酸盐结合态、铁猛氧化态及有机结合态As的百分含量分别从0.10%、0.07%、1.28%和1.23%上升至0.15%、0.09%、1.73%和5.07%。     

砷超积累植物粉叶蕨及其对砷的吸收富集研究

采用盆栽模拟试验,研究了澳大利亚蕨类植物粉叶蕨对砷的耐性及吸收富集砷的特征,同时比较了澳大利亚粉叶蕨(Pityrogramma calomelanos(L.)Link var.austroamericana(Domin)Farw)和中国蜈蚣草(Pteris vit-tats L.)在澳大利亚的Kurosol土壤上对As的吸收积累差异及植物修复效率.研究结果表明,在As投加浓度为2 400 μmol/kg时,虽然粉叶蕨的生长受到一定抑制,但仍维持了较高的地上部生物量;地上部As含量达到2438.33 mg/kg DW时,超过了砷超积累植物的临界含量标准(1 000 mg/kg);地上部As积累量为21.6 mg/株DW时,地上部对As的生物富集系数为18.6,地上部As含量大于根系As含量,基本符合As超积累植物的基本特征.与As超积累植物蜈蚣草相比较,暴露在As浓度为2 400 μmol/kg环境时,中国蜈蚣草对砷的耐性、地上部As含量及生物富集等方面均明显优于澳大利亚粉叶蕨,其地上部As含量和积累量分别为2 936.13 mg/kgDW和41.1 mg/株DW.     

喷施钙对肥城桃果活性钙含量及其在亚细胞分布的影响

【目的】肥城桃是山东特产,但经常发生缝合线褐变、 不耐储藏等问题,补充钙肥是减轻其生理病害的有效措施。了解肥城桃的需钙规律,为肥城桃补充钙素营养提供理论依据和技术指导。【方法】以11年生红里肥桃为试材,从花后一个月开始,每隔30 d在选取的肥桃果树上喷施钙肥。试验设3个处理: 1)喷施0.5%氨基酸钙溶液; 2)喷施0.5%硝酸钙; 3)喷施清水为对照。从4月28日起每隔30 d采样,测定果皮、 果肉、 果核、 果仁总钙含量及果肉钙组分含量,在成熟期取果实用透射电镜观察果肉细胞内钙的亚细胞分布。【结果】3个处理果实中的钙含量均以幼果期最高,随着果实的成熟,全钙、 水溶性钙、 果胶酸钙含量均呈下降趋势,喷钙处理在一定程度上提高了果皮、 果肉、 果核及果仁的总钙含量,其中果肉总钙含量变化最明显,在果实成熟期,喷施氨基酸钙及硝酸钙的处理果肉总钙含量分别增加了68%、 77%。通过电镜观察,喷钙果肉细胞中钙均匀分布于细胞壁、 细胞膜、 液泡膜上,液泡中有钙的堆积; 未喷钙细胞壁中钙的分布减少,细胞膜、 液泡膜上钙也均匀分布; 发生褐变的果肉细胞内钙分布很少且不均匀。【结论】肥城桃果实中全钙含量随着果实生长而迅速下降。喷施钙肥能提高果实全钙尤其是水溶性钙及果胶钙的含量,增加细胞壁钙的分布,有利于缓解果实发育过程中钙含量的下降。喷施氨基酸钙和硝酸钙都能增加肥城桃果肉的不溶性果胶含量,提高果实硬度。     

钙对苹果果实发育及果肉细胞超微结构的影响

以"红富士"苹果果实为试材,从盛花后10d开始,分3次向果实中引入CaCl2及EGTA,研究了钙对果实细胞超微结构和果实生长的影响。结果表明,钙处理使果实细胞细胞壁、质体等区域的电子密度增大,质体上的嗜锇颗粒大而清晰;钙的缺乏造成细胞壁扭曲、断裂等现象,使质体结构异常。钙处理抑制了果实生长。花后10～20d钙缺乏,促使果实横径发育,之后缺乏,对果实横径生长起到抑制作用。     

不同来源蜈蚣草吸收富集砷的特征及植物修复效率的探讨

蜈蚣草是一种As的超富集植物,在As污染土壤的植物修复上具有极大的潜力.对中国南方广泛分布的蜈蚣草及其生长的土壤的As含量、形态及土壤理化性质的调查分析表明,蜈蚣草生长的土壤As含量范围为33.7～1396 mg/kg,相应地,蜈蚣草地上部As含量范围为48.5～1104 mg/kg.除阳离子交换量(CEC)外,不同采样地区蜈蚣草生长土壤的理化性质指标,包括pH、总有机质(TOM)和质地均存在显著性差异,反映野外蜈蚣草可生长在不同性质的土壤上.基于回归分析的预测模型显示,蜈蚣草对As污染土壤的植物修复效率随土壤As含量的增加而逐渐降低,蜈蚣草较适用于轻度As污染土壤的修复,对于高As污染土壤,需结合其他修复措施.     

硫对超积累东南景天镉累积、亚细胞分布和化学形态的影响

采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法研究了硫对超积累东南景天镉累积、亚细胞分布和化学形态的影响。结果表明,增硫处理（S2和S3）显著提高超积累东南景天根、茎和叶的镉含量、累积量及整株累积总量。镉在超积累东南景天根、茎和叶中的含量和分配比例为F1（细胞壁）F3（可溶性部分）F2（细胞器与膜）,细胞壁（F1）是Cd在超积累东南景天细胞内的主要结合位点;超积累东南景天根、茎和叶F1、F2、F3组分中的镉含量随着硫水平的增加而增加,但分配比例变化不一致;超积累东南景天植物体内镉形态以氯化钠提取态（FNacl）、醋酸提取态（FHAc）和水提取态（FW）占优势。增施硫处理,提高超积累东南景天根FNacl、FHAc和FW提取态镉含量和分配比例,降低FE和FHCl提取态镉含量和分配比例;茎FNacl和FHAc提取态镉含量和分配比例增加,FW、FE和FHCl提取态镉分配比例降低;叶FNacl、FHAc和FW提取态镉的含量增加,但对其分配比例影响不大。     

镉胁迫下钙对镉在玉米细胞中分布及对叶绿体结构与酶活性的影响

采用溶液培养试验、亚细胞组分分级分离技术、透射电子显微镜观察及生化分析等方法研究钙对镉胁迫下玉米根、叶组织镉的亚细胞分布、叶绿体超微结构及叶片RuBP 羧化酶和PEP 羧化酶活性的影响。结果表明,与缺钙加镉处理比较,镉毒害下添加钙,玉米根、叶细胞器和细胞质Cd 组分均显著下降,相应Ca 组分则显著增加,而细胞壁Cd 、Ca 含量各处理间均十分接近;镉毒害下添加钙,维管束鞘细胞基质片层及叶肉细胞基粒和基粒片层排列较好,维管束鞘细胞嗜锇粒大为减少,叶片RuBP和PEP羧化酶活性显著增加。说明Ca 对于Cd 胁迫下玉米叶片正常结构与功能的保持具有十分重要的意义。     

锌在再力花体内的富集性及亚细胞分布和化学形态研究

为研究Zn在再力花(Thalia dealbata Fraser)体内的富集性及亚细胞分布和化学形态,依次设定0(CK)、0.075 mmol.L 1、0.250 mmol.L 1、0.500 mmol.L 1、1.000 mmol.L 1、2.000 mmol.L 16个Zn处理浓度,对再力花进行水培培养的胁迫试验。结果表明:再力花不能有效地将Zn运输到地上部,Zn主要积累在根部。在系列Zn浓度处理下,转运系数均<1,得出再力花并非超富集植物。在此基础上,采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法,研究Zn在该植物根系中的亚细胞分布和化学形态。结果表明:低浓度[0(CK),0.075mmol.L 1,0.250 mmol.L 1]Zn处理下,Zn主要分布于再力花根部的细胞壁、细胞核及叶绿体中;Zn在再力花根部的存在形态主要是乙醇提取态,占50%以上,其次是氯化钠提取态。随着Zn处理浓度的提高(0.500 mmol.L 1,1.000 mmol.L 1,2.000 mmol.L 1),细胞溶质成为Zn的最主要分布位点,分别占31.15%、45.12%和56.44%,其次为细胞壁;乙醇提取态的比例有所下降,氯化钠提取态、水提取态的比例则随着处理浓度的提高而提高至30%以上,成为Zn在再力花根部的三大存在形态。     

南宁地区蜈蚣蕨居群的遗传多样性分析

本文采用等位酶电泳技术, 研究了南宁地区的南宁市、武鸣县和隆安县3 个不同的生态环境的野生蜈蚣蕨居群的遗传多样性。所测定的酶系统包括: 氨基肽酶 (AMP)、还原型辅酶I心肌黄酶 (DIA)、异柠檬酸脱氢酶(IDH)、苹果酸脱氢酶 (MDH)、6 磷酸葡萄糖酸脱氢酶 (PGD)、磷酸葡萄糖异构酶 (PGI)、磷酸葡萄糖变位酶 (PGM) 和莽草酸脱氢酶 (SKD) 8 个酶系统, 15 个酶位点。分析结果表明: 南宁地区蜈蚣蕨居群内遗传多样性水平中等偏上, 每个位点的等位基因平均数为1.6, 多态位点百分数为53.3% , 平均期望杂合度为0.242。     

柳州蜈蚣蕨群体遗传多样性研究及与南宁群体的比较

采用水平淀粉凝胶电泳技术对广西中部和南部6个蜈蚣陵（PterisvittataL.）种群的遗传多样性进行分析,蜈蚣蕨柳州地区种群都存在一定的遗传变异,多态位点比率P=0．60,等位基因平均数A=1．7,平均期望杂合度He=0．252,高于广西南部南宁地区的蜈蚣蕨种群的遗传变异;Nei的遗传一致度测量结果表明该地区柳州与柳城种群的关系最近,并且地理距离和遗传距离有一定的相关性。     

桂林地区蜈蚣蕨群体遗传多样性及与南宁地区群体的对比分析

采用等位酶电泳技术,研究了桂林地区的桂林市、雁山镇、永福县的野生蜈蚣蕨群体的遗传多样性,并与南宁地区群体进行比较。所测定的酶系统包括：氨基肽酶（AMP）、还原型辅酶Ⅰ心肌黄酶（DIA）、异柠檬酸脱氧酶（IDH）、苹果酸脱氨酶（MDH）、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（PGD）、磷酸葡萄糖异构酶（PGI）、磷酸葡萄糖变位酶（PGM）和莽草酸脱氧酶（SKD共8个酶系统,15个酶位点。分析结果表明：桂林地区蜈蚣蕨群体内遗传多样性水平中等偏上,每个位点的等位基因平均为1．7,多态位点百分数为60％,平均期望杂合度为0．251,略高于南宁地区。     

间作对不同品种玉米和大叶井口边草吸收积累重金属的影响

采用土壤盆栽试验,研究砷（As）超积累植物大叶井口边草（PteriscreticaL.）与玉米品种云瑞6号（ZeamaysL.Yunrui6）、云瑞8号（ZeamaysL.Yunrui8）、云瑞88号（ZeamaysL.Yunrui88）间作对其吸收积累重金属的影响。结果表明,不同玉米品种对大叶井口边草的生物量都有一定的抑制作用,均不同程度地降低了其生物量。与玉米间作显著提高了大叶井口边草地上部和根部对As、Cd的吸收,同时显著降低了地上部对Pb的吸收,而地下部对Pb的吸收却有明显增加,尤其以云瑞8号的间作效应最显著。与单作相比,间作能显著提高玉米各器官重金属含量,只有云瑞88号的茎中As含量明显降低,由单作的310.89mg.kg-1降低至间作的145.86mg.kg-1。研究初步表明,大叶井口边草与云瑞8号间作可提高修复As、Cd、Pb污染土壤的效率。     

螯合剂对大叶井口边草Pb、Cd、As吸收性影响研究

用室内土培试验方法,研究在采自田间的Pb、Cd、As、Zn和Cu复合污染土壤上种植大叶井口边草条件下,外源分别添加0、1.5、3、6、12 mmol/kg乙二胺二琥珀酸（EDDS）、氨三乙酸（NTA）和乙二胺四乙酸（EDTA）对大叶井口边草吸收Pb、Cd和As的影响。结果表明,3种螯合剂处理对大叶井口边草生物量没有显著影响,说明大叶井口边草对3种螯合剂耐性较强;6、12 mmol/kg EDTA处理能极显著提高土壤Pb有效态浓度,进而促进大叶井口边草对Pb的吸收。大叶井口边草地上部Pb吸收量最高达（47.4 ± 1.7）mg/kg,是对照的3.66倍。6、12 mmol/kg EDTA处理能极显著地提高土壤中Cd的有效性,但未促进大叶井口边草地上部对Cd吸收。6 mmol/kg EDDS和3 mmol/kg NTA显著提高了土壤中As有效态浓度,进而提高大叶井口边草地上部对As的吸收,大叶井口边草地上部吸收As最高达（276 ± 10） mg/kg。6 mmol/kg EDTA和6 mmol/kg EDDS处理下大叶井口边草提取的Pb、As量最大,分别为（317 ± 53） μg/盆和（873 ± 41）μg/盆,说明6 mmol/kg EDDS处理下大叶井口边草对复合污染土壤中As的修复具有较大的潜力。     

Zn accumulation and subcellular distribution in the Zn hyperaccumulator Sedurn alfredii Hance

Zn accumulation and subcellular distribution in leaves of the hyperaccumulating ecotype （HE） and non-hyperaccumulating ecotype （NHE） of Sedum alfredii Hance were studied using radiotracer and gradient centrifugation techniques. Leaf Zn accumulation in the HE of S. alfredii was 18.5-26.7 times greater than that in the NHE when the plants were grown at 1-500μmol Zn L-1. Leaf section uptake of 65Zn was highly dependent on external Zn levels. Greater 65Zn uptake in HE was noted only at external Zn levels 〉 100μmol L-1. Zinc subcellular distribution in the leaves of the two ecotypes of S. alfredii was： cell wall 〉 soluble fraction 〉 cell organelle. However, more Zn was distributed to the leaf cell wall and soluble fractions for HE than for NHE. In the leaf of HE, 91%-94% of the Zn was found in the cell walls and the soluble fraction and only 6%-9% Zn was distributed in the cell organelle fraction. For NHE, about 20%-26% Zn was recovered in the cell organelle fraction. In stems, Zn distribution to the ceil wail fraction was approximately two fold greater in the HE than that in the NHE. For the hyperaccumulating ecotype of S. alfredii, the cell wall and the vacuole played a very important role in Zn tolerance and hyperaccumulation.     

间作条件下螯合剂对龙葵和大叶井口边草吸收重金属的影响

用室内土培试验方法,在采自田间的Pb、Cd和As复合污染土壤中单作或间作龙葵和大叶井口边草条件下,筛选出修复Pb-Cd-As复合污染土壤较好的种植方式为间作。进一步在间作方式下,研究了外源添加不同浓度EDDS（乙二胺二琥珀酸）、NTA（氨三乙酸）和EDTA（乙二胺四乙酸）对植物吸收Pb、Cd和As的影响。结果表明,间作显著促进了龙葵地上部对Cd的吸收量和大叶井口边草地上部对As的吸收量,间作龙葵地上部吸收Cd和大叶井口边草地上部吸收As含量分别是单作龙葵和大叶井口边草的1.3倍和1.4倍,说明间作龙葵和大叶井口边草比单作更有利于修复Pb-Cd-As复合污染土壤。间作条件下,大叶井口边草对螯合剂的耐性比龙葵更强。3、6、12mmol.kg-1EDTA能极显著增加土壤中Pb、Cd有效态含量,从而促进龙葵地上部对Pb吸收和大叶井口边草地上部对Pb、Cd吸收。EDTA比NTA具有更强的提高土壤Pb、Cd有效态的能力,但对土壤As有效态促进作用与EDTA相比,NTA效果极显著,1.5、3mmol.kg-1NTA处理极显著提高土壤As有效态含量及促进龙葵和大叶井口边草地上部对As吸收。     

Comparison of Arsenic and Phosphate Uptake and Distribution in Arsenic Hyperaccumulating and Nonhyperaccumulating Fern

Abstract

Uptake of arsenic (As) and its distribution in Chinese Brake fern (Pteris vittata L.), an As hyperaccumulator, and Boston fern (Nephrolepis exaltata L.), a nonhyperaccumulator, in the presence of phosphorus (P), were characterized by employing a hydroponic experiment with a complete three-factorial design. Two levels of As (100 and 1000 µM) and four levels of P (0, 100, 500, and 1000 µM) were used in this study. Arsenic uptake rates on the basis of root fresh weight for the two ferns were similar at low As concentration (100 µM). At high As concentration (1000 µM), however, As uptake rates (373–987 nmol g^?1 f wt h^?1) of P. vittata were significantly greater than those of N. exaltata (164–459 nmol g^?1 f wt h^?1). In both ferns, addition of P reduced their As uptake rate as well as accumulation. Pteris vittata had a greater As TF (Translocation factor = concentration ratio of fronds to roots) than N. exaltata. On the contrary, N. exaltata displayed a greater P TF than P. vittata. As a result, high P/As ratio was observed in the roots of P. vittata, whereas high P/As ratio was observed in the fronds of N. exaltata. The study illustrated that As hyperaccumulation by P. vittata may be facilitated by its high As influx rate and its high molar P/As ratio in the roots resulting from both high As TF and low P TF.     

Effects of Lead and Zinc on Arsenic Accumulation in Nonmetallicolous and Metallicolous Populations of Pteris vittata L.

Although Pteris vittata L. can occur on arsenic (As)–contaminated soils and uncontaminated soils, variation in As accumulation among nonmetallicolous and metallicolous populations and impacts of heavy metals in soils on As accumulation in the nonmetallicolous and metallicolous populations have not been fully explored. Five populations of P. vittata were collected from different field sites, and sporelings (four or five fonds) were used to further investigate the pattern of As accumulation. The results of pot trials showed that three nonmetallicolous populations of P. vittata possessed an obviously greater growth rate than the two metallicolous populations. The nonmetallicolous populations also accumulated significantly greater (P < 0.05) As than the metallicolous populations, regardless of the presence or absence of lead (Pb) and zinc (Zn). In addition, Pb and Zn in soils decreased As accumulation in P. vittata. The present results suggested that As removal can be greatly enhanced by the judicious selection of populations of P. vittata.     

砷胁迫对不同砷富集能力植物叶片抗氧化酶活性的影响

采用室内水培试验方法,研究了砷胁迫（0～50mgAs·L^-1）对砷超富集植物大叶井口边草（Pteris cretica vat．nervosa）和非砷超富集植物剑叶凤尾蕨（Pteris ensiformis）叶片的过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性以及丙二醛（MDA）含量和自由基0i·产生速率的影响,并研究了25mgAs·L^-处理下上述6种指标的时间动态。结果表明,随着砷浓度升高,除APX外,剑叶凤尾蕨叶片的CAT、POD和SOD活性受到很大抑制,而大叶井口边草叶片这3种酶的活性能够维持,特别是POD活性显著增加;大叶井口边草叶片的MDA含量降低,剑叶凤尾蕨则升高;剑叶凤尾蕨叶片中的O2^-·产生速率比大叶井口边草增加显著。从时间动态看,随处理时间的延长,大叶井口边草叶片中的CAT和APX活性先降低再升高,POD活性显著增加,SOD活性变化不显著;剑叶凤尾蕨叶片的POD和SOD活性显著降低,APX活性无显著变化,CAT活性则先降低后升高;两种供试植物叶片的MDA含量第6d时均出现明显下降,但大叶井口边草叶片中O2^-·的产生速率在第6d则显著增加,而后降至实验初始时的水平。总起来看,砷超富集植物大叶井口边草比非砷超富集植物剑叶凤尾蕨具有更强的抗氧化能力,并且POD在其抗氧化体系中起关键作用。