不同镉积累型苋菜（Amaranthus mangostanus L.）根际低分子量有机酸与镉吸收的关系

 【目的】研究低镉积累型苋菜紫背苋和高镉积累型苋菜天星米在镉胁迫下低分子量有机酸分泌特征及其与苋菜镉生物积累的关系。【方法】采用溶液培养法进行试验。【结果】随供镉浓度增加，紫背苋根、茎和叶生物量显著降低，而天星米生物量未发生明显改变。不同镉暴露条件下，苋菜分泌的有机酸总量表现为天星米远高于紫背苋，有机酸含量均表现为柠檬酸>苹果酸>乙酸>丙酸>丁酸，且以柠檬酸和苹果酸为主。两品种各有机酸数量占有机酸总量的比例基本一致。随供镉浓度增加，两个苋菜品种根分泌的各有机酸量增加，各有机酸分泌量的增幅均表现为天星米大大高于紫背苋，植株根、茎和叶镉含量与积累量也相应表现为天星米大大高于紫背苋。【结论】苋菜镉的生物积累与有机酸种类没有特异性关系，但与有机酸的总量有关。镉胁迫诱导根系分泌有机酸的数量，在引起两品种对镉吸收的差异方面起重要作用。     

Screening of Amaranth Cultivars （Amaranthus mangostanus L.） for Cadmium Hyperaccumulation

The potential harm of soil cadmium pollution to ecological environment and human health has been increasingly widely concerned. Phytoremediation, as a kind of new and effective technology, has become an important method for cleaning up cadmium in contaminated sites. The amaranth （Amaranthus mangostanus L.） is widely distributed and has abundant varieties in China, its rapid growth and large biomass can be served as candidate for cadmium hyperaccumulators for phytoremediation. To obtain cadmium hyper-accumulator, Cd uptake in 23 amaranth cultivars from different ecological region was investigated under hydroponic culture condition. Meanwhile, pot experiment was established to probe phytoremediation potentiality of Cd contaminated soil by amaranth. Three treatment （Cd 5, 10, and 25 mg kg^-1） were imposed to red soil, yellow brown soil, and vegetable soil. The results showed that under hydroponic culture with Cd 3 mg L^-1, the cadmium concentration in the shoots of the cultivar Tianxingmi reached 260 mg kg^-1, and its total cadmium uptake was the highest among various cultivars. In the treatment Cd 25 mg kg^-1, the cadmium concentration in the shoots of the cultivar Tianxingmi reached 212 mg kg^-1, while bioaccumulation factor and shoot purification rate reached 8.50 and 3.8%, respectively. Further, the total biomass and shoot biomass were not decreased significantly under Cd exposure. These results suggested that cultivar Tianxingmi is a typical Cd hyperaccumulator, and can be expected to be used in phytoremediation of Cd contaminated soil.     

青葙对镉的超富集特征及累积动态研究

通过盆栽试验,研究了青葙(Celosia argentea Linn.)在0(对照)、1、5、10、15、20、25 mg·kg~(-1)七个浓度下对土壤Cd的耐受和富集特征,评价了青葙对CdCl_2、CdSO_4、CdCO_3、Cd(OH)_2、Cd S、Cd O和Cd(NO_3)_2等形态Cd的富集能力,并在Cd污染的水稻田土壤中测试了青葙体内Cd的动态累积过程。结果表明,青葙对Cd具有极强的耐受和富集能力,在土壤Cd处理浓度≤15 mg·kg~(-1)时,其生物量未出现显著下降(P0.05)。除对照外,青葙叶片Cd含量均高于100 mg·kg~(-1),并且转运系数和富集系数均大于1,符合Cd超富集植物的基本特征。实验同时发现,青葙不仅能大量富集水溶性Cd,对难溶性Cd也表现出很强的超富集能力,在外源添加Cd(OH)_2、CdS和CdO等难溶性Cd的土壤中,青葙叶片Cd含量分别达到134、102、90.20 mg·kg~(-1),表明青葙具有修复不同形态Cd污染土壤的性能。总体而言,青葙对Cd的累积量随时间增加而增大,但在第8~12周时,其地上部植株Cd的富集量增加不显著(P0.05),由此判断第8周是青葙收获的适宜时期。青葙收获期短这一特性,对于缩短修复周期,提高修复效率有重要的意义。由于青葙生长快速,具有较大的生物量,对Cd耐受和富集能力强,可以认为青葙是一种具有潜在应用价值的Cd超富集植物资源。     

超富集植物叶用红菾菜(Beta vulgaris var.cicla L.)及其对Cd的富集特征

超富集植物是重金属污染土壤植物提取修复的基础,超富集植物的筛选一直都是污染土壤植物修复研究的热点及前沿。采用盆栽实验对7种农作物积累Cd的特征进行研究,结果表明,叶用红菾菜对Cd具有较高的富集系数和转移系数。在此基础上,采用盆栽浓度梯度试验对叶用红菾菜对Cd的富集潜力及富集特征进行了系统研究。结果表明,在Cd污染水平为20mg·kg~(-1)条件下,叶用红菾菜地上部Cd含量超过了100mg·kg~(-1)这一国际公认的Cd超积累植物应达到的临界含量标准;且其对Cd的富集系数和转移系数均大于1;同时,与对照相比,植物的生长未受到抑制,这表明叶用红菾菜是一种Cd超积累植物,为Cd污染土壤的植物修复提供了一种新的种质资源。     

商陆对镉的富集特征

超积累植物的确证对成功实施重金属污染环境植物修复是必不可少的。对位于湖南省株洲冶炼厂厂区的植物进行了一系列的野外调查,以着力寻找镉的超积累植物。结果表明,商陆科Phytolaccaceae植物商陆Phytolacca acinosa对镉具有明显的富积特性,商陆在镉质量分数最高达106.0 mg.kg-1厂区土壤中依然生长良好,茎叶中镉质量分数高达63.8 mg.kg-1。盆栽条件下,商陆对生长介质中的镉具有很强的耐性和累积能力。当生长介质中镉质量分数为5.0 mg.kg-1时,其生物量与对照相比有所增加。随着生长介质中镉质量分数的升高,虽然其生物量与对照相比有所降低,但植株仍生长良好。其地上和地下部分镉的质量分数逐渐增加,生物富集系数则逐渐降低。当土壤中镉的质量分数达到200.0 mg.kg-1时,商陆仍能完成整个生命周期。此外,还利用吸收量系数对商陆对镉的去除能力和富集特征进行了评价,进一步验证了商陆的镉超积累特性。图3表5参12     

不同品种硫肥对苋菜镉累积的影响

为选择适宜种类的硫肥来辅助苋菜修复土壤Cd污染,采用盆栽试验,以苋菜(Amaranshus mangostanus L.)为供试作物,在两种酸性土壤(黄棕壤、赤红壤)上施用硫磺、硫酸钙、硫酸铵三种不同硫肥,探究不同特性硫肥对酸性土壤上苋菜生长及其对硫和Cd的吸收以及累积的影响。结果显示,两种酸性土壤中施用硫肥均促进了苋菜植株对硫的吸收,且减轻了Cd对植株的毒害作用,苋菜的生物量显著提高。此外,三种不同特性硫肥施入两种Cd污染的土壤,苋菜地上和地下部Cd含量均显著增加。两种酸性土壤施用不同硫肥后,苋菜硫和Cd累积量增加,其中以施加硫酸铵效果最佳;黄棕壤和赤红壤中苋菜地上部Cd累积量分别比对照高1.45倍和2.39倍;施加硫磺后苋菜根部Cd累积量最少。硫酸铵作为含氮硫肥在黄棕壤和赤红壤上施用,可有效辅助苋菜修复土壤Cd污染。     

生物炭-超富集植物联合修复镉污染土壤的研究

[目的]探究生物炭与超富集植物联合修复镉污染土壤的效果.[方法]采用盆栽试验模拟镉污染土壤,构建生物炭-超富集植物联合修复试验系统,考察不同生物炭添加量和植物种类对植物重金属吸收与土壤中重金属形态的影响,并通过复种农作物评价修复效果.[结果]水稻秸秆生物炭添加比例为1％时,能显著提高超富集植物对镉的富集作用,且与黑龙葵联合时对镉修复效果最好,对镉的富集量比黑龙葵单独修复提高了26.74％,且修复后复种作物镉含量也有显著降低.[结论]生物炭和超富集植物联合可以用于镉污染土壤的修复,为该技术的工程应用提供了科学依据和理论支持.     

镉低积累作物筛选及其与超富集 植物间套作应用进展

我国农业用地镉污染严重,对农作物安全生产带来巨大隐患,被政府部门和诸多科研人员所重视。在确保农作物安全生产和改善农业生态环境的前提下,筛选并推广具有低积累镉功能的农作物品种,以及开展镉超标农田植物修复技术等研究,是我国农业高效、安全和可持续发展的迫切需要。介绍了目前我国耕地镉污染情况,探讨了镉低积累农作物的研究意义及筛选进展,报道了镉超富集植物筛选工作,阐述了利用镉低积累作物与超富集植物间套作应用于镉污染耕地研究状况。针对存在问题提出了建立基于有效性的土壤镉浸提态评价指标、加强镉低积累农作物筛选力度及完善镉低积累农作物与超富集植物间套作相关技术研究等对策建议。     

两种生态型富集植物及超富集植物的镉积累特性差异研究

通过盆栽试验,研究了镉污染条件下两种生态型(矿山和农田)的镉富集植物水田芥和猪殃殃、镉超富集植物牛膝菊和鬼针草的镉积累差异。结果表明,农田生态型水田芥、猪殃殃、牛膝菊和鬼针草的生物量、光合色素含量均大于矿山生态型。就镉含量而言,农田生态型水田芥的植株镉含量高于矿山生态型,但农田生态型猪殃殃、牛膝菊和鬼针草的植株镉含量低于矿山生态型。从镉积累量来看,农田生态型水田芥、矿山生态型猪殃殃和矿山生态型鬼针草的地上部分镉积累量均显著高于其各自的另一种生态型,而农田生态型水田芥、农田生态型猪殃殃和矿山生态型鬼针草均显著高于其各自的另一种生态型。矿山生态型牛膝菊与农田生态型的地上部分及整株镉积累量差异均不显著。因此,在选用富集植物或超富集植物进行土壤重金属污染修复时,应注意不同生态型的重金属积累差异。     

我国超富集·富集植物筛选研究进展

介绍我国进行重金属污染土壤植物修复的超富集、富集植物筛选研究进展,同时对植物修复研究中的植物筛选问题提出了一些设想。     

镉铜胁迫下紫苏的生长响应和富集特征研究

通过盆栽试验,分析了紫苏(Perilla frutescens(L.)Britt.)在Cd、Cu胁迫下生长响应及其对Cd、Cu的耐性、吸收和累积特征.结果表明,在Cd处理浓度≤60mg·kg~(-1)和Cu处理浓度为≤600mg·kg~(-1)时,紫苏株高和根长均随处理浓度提高而增加,此后则随处理浓度增加胁迫作用渐趋明显.植株地上部和根部Cd的最高含量分别是331.51和991.14 mg·kg~(-1),Cu的最高含量分别为228.65和2 030.63 mg·kg~(-1).植株地上部Cd和Cu的最大富集量分别为66.70和36.52 μg·plant~(-1).植株Cd、Cu富集系数分别为2.59～15.42和0.14～1.24,迁移系数分别为0.35～1.44和0.07～0.56.因此,该植物可用于Cd、Cu污染土壤的修复.     

有机和无机氮对东南景天生长和镉积累的影响比较

通过水培试验,研究了有机和无机形态氮对两种生态型东南景天生长和镉积累的影响.结果表明,无论在低镉(10μmol·L-1)还是高镉(100 μmol·-1)条件下,与对照(T1)相比,外加无机形态氮(尿素)均能显著提高两种生态型东南景天地上部的生物量和叶绿素含量(P＜0.05);在低镉条件下,外加无机形态氮只能显著提高超积累生态型东南景天地上部镉积累量和非超积累生态型东南景天根部镉积累量(P＜0.05),在高镉条件下,外加无机形态氮对两种生态型东南景天体内镉积累量没有显著影响(P＞0.05).而无论在低镉还是高镉条件下,与对照(T1)相比,外加有机形态氮(精氨酸)能显著降低超积累生态型东南景天根系的生物量和叶绿素含量(P＜0.05);在低镉条件下,外加有机形态氮能显著提高两种生态型东南景天体内镉含量(P＜0.05),在高镉条件下,外加有机形态氮对两种生态型东南景天体内镉含量没有显著影响(P＞0.05).     

镉对两品种玉豆生长和抗氧化酶的影响

利用水培盆栽试验,研究了不同浓度的镉胁迫对两种(优选和特选)玉豆(Phaseolus vulgaris Linn)株高、植株生物量、根构型和叶片中抗氧化酶活性的影响。结果表明:镉胁迫显著抑制了两种玉豆的株高、生物量、总根长、总根表面积、根平均直径和根总体积,且对特选玉豆的抑制程度大于优选玉豆;镉胁迫使两种玉豆的丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量和过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性持续增强,超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性则呈现低浓度增加高浓度下降的趋势;特选玉豆的过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性呈低浓度增加高浓度下降趋势,但优选玉豆的CAT活性则持续增强,且特选玉豆的MDA含量、SOD活性和CAT活性的变化幅度都大于优选玉豆,但优选玉豆的POD活性大于特选玉豆。上述结果说明优选玉豆对镉胁迫的耐性高于特选玉豆。     

蓖麻对重金属Cd的耐性与吸收积累研究

采用60d温室盆栽试验研究了蓖麻对土壤中重金属Cd污染的耐性和积累效应。结果表示,在40mg·kg~(-1)的Cd处理浓度时,蓖麻的株高以及根、茎、叶的干物重达到最大,但是随着Cd处理浓度的增加,蓖麻生长缓慢,植株矮小,并从Cd处理浓度200mg·kg~(-1)开始出现较明显的叶片黄化等重金属中毒症状,当Cd处理浓度达到400mg·kg-1时仍能生长,表现出较强的耐性。说明低浓度的Cd对蓖麻生长有一定促进作用,高浓度的Cd抑制蓖麻的生长。蓖麻对Cd的积累主要集中在根部,积累浓度为根>茎>叶,这可能与蓖麻具有强大的根系有关。蓖麻根系对Cd的积累在土壤Cd处理浓度为200mg·kg~(-1)时显著上升,并在Cd处理浓度为360mg·kg~(-1)时最大,积累量达到4460.3mg·kg~(-1);蓖麻地上部叶和茎对Cd的积累分别在Cd处理浓度320mg·kg~(-1)和360mg·kg~(-1)时达到最大,其中茎对Cd的最大积累量达到137.1mg·kg~(-1)。蓖麻对修复Cd污染土壤有一定的潜力。     

修复镉污染土壤的油菜品种的筛选及吸收累积特征研究--高积累镉油菜品种的筛选(Ⅰ)

研究从具有积累镉遗传背景的油菜种质资源中筛选高积累镉的油菜品种．以富集镉植物印度芥菜为参比，通过水培试验对22个油菜品种植株地上部相对生物量、地上部镉含量和植株吸镉量进行比较，筛选出高吸收累积镉油菜品种川油Ⅱ-10、白芥和绵阳蛮油菜。     

不同氮形态对东南景天镉积累的影响

    通过水培试验,研究不同氮形态对2种生态型东南景天生长和镉吸收积累的影响.结果表明,外加(NH4)2SO4、Ca(NO3)2或NH4NO3均能显著提高超积累生态型东南景天地上部生物量及叶绿素含量.且无论在低镉(10 μmol·L-1)还是高镉(100 μmol·L-1)条件下,以(NH4)2Sv处理的增幅最大.不同氮形态对2种生态型东南景天地上部镉含量没有显著影响,而在一定程度上提高了根系镉的含量.3种氮形态显著提高了2种生态型东南景天地上部和根系的镉积累量,对超积累生态型东南景天,无论在何种镉水平下,(NH4)2SO4处理效果明显好于Ca(NO3)2或NH4NO3处理.本研究结果表明不同氮形态对东南景天Cd积累的促进顺序为:NH4+-NNO3--N,因此从植物修复角度考虑,在Cd污染土壤中施用适量的(NH4)2SO4提高超积累植物东南景天的生物量和地上部镉积累量具有重要的应用价值.     

轮间作对伴矿景天和苋菜生物量及Cd含量的影响

通过苋菜与Cd超富集植物伴矿景天间作和轮作的盆栽试验,探索间作和轮作对苋菜、伴矿景天生物量及其地上部Cd含量的影响,考察伴矿景天修复Cd中轻度污染菜地土壤的应用效果。结果表明,间作和轮作都没有显著影响苋菜和伴矿景天的单株生物量及其地上部Cd含量,轮作显著影响土壤pH值和乙酸铵-Cd含量。土壤pH值和乙酸铵-Cd含量与苋菜和伴矿景天地上部Cd含量没有显著相关性。     

Photosynthesis,Growth and Antioxidant Metabolism in Mustard （Brassica juncea L.） Cultivars Differing in Cadmium Tolerance

Two mustard （Brassica juncea L. Czern and Coss.） cultivars, Pusa Jai Kisan and SS2 differing in cadmium （Cd） tolerance were treated with 0, 25 and 50 umol L-1 Cd to study the physiological basis of difference in Cd tolerance. Cultivar SS2 （Cd sensitive） accumulated greater Cd in leaves than Pusa Jai Kisan （Cd tolerant）. Further, SS2 also exhibited higher contents of thiobarbituric acid reactive substances （TBARS） and H2O2 and electrolyte leakage. However, the activities of antioxidant enzymes, catalase （CAT）, ascorbate peroxidase （APX）, dehydroascorbate reduetase （DHAR）, and glutathione reductase （GR） were higher in Pusa Jai Kisan than those in SS2. Contrarily, the activity of superoxide dismutase （SOD） was higher in SS2 than that in Pusa Jai Kisan and was the greatest at 25 umol L-1 Cd. Treatment of 25 umol L-1 Cd induced the maximum activity of enzymes. However, the activity of GR increased up to 50 umol L-1 Cd in both the cultivars. The non-enzymatic antioxidants ascorbate （AsA） and glutathione （GSH） were higher in Pusa Jai Kisan than that in SS2, whereas dehydroascorbate （DHA） and oxidized glutathione （GSSG） were higher in SS2. Photosynthesis and growth were adversely and maximally decreased by 50 umol L-1 Cd treatment in both the cultivars, but SS2 exhibited greater reductions. The protection of photosynthesis and growth and lesser reduction in Pusa Jai Kisan were associated with its capacity to restrict accumulation of Cd in leaves resulting in lower level of TBARS and H2O2 and electrolyte leakage. Moreover, Pusa Jai Kisan exhibited efficient antioxidant metabolism for removal of Cd-induced reactive oxygen species.