类芦根细胞壁对铅的吸附固定机制

为探究类芦对Pb的耐性机制,采用对根细胞壁化学改性处理,测定Pb吸附动力学。结果表明,通过酯化改性去除部分羟基官能团后的根细胞壁对Pb~(2+)的吸附量相对降低了68.1%,其次为通过果胶酶改性去除部分果胶和通过甲基化改性去除部分氨基后的细胞壁,对Pb2+的吸附量相对降低48.9%与41.1%。利用傅里叶红外光谱分析,再结合FTIR图可得出,果胶提供的羟基基团、纤维素和半纤维素提供的羧基基团以及细胞壁蛋白提供的氨基官能团都是类芦固定Pb~(2+)的重要位点。研究表明,细胞壁组分中的羟基、羧基和氨基可以提供Pb结合位点,特别是羟基官能团可以使细胞壁对Pb具有较高的吸附固定能力,这也是类芦能够抵御Pb胁迫的一种重要机制。     

不同玉米（Zea mays L.）品种根细胞壁对Pb的吸附差异及FTIR表征

为揭示不同玉米品种根细胞壁吸收累积Pb的种内差异机制，通过吸附动力学分析和FTIR（傅立叶变换红外光谱）表征，研究“会单4号”和“路单8号”两个玉米品种根细胞壁对Pb的吸附差异及发生吸附作用的主要官能团。结果表明，“会单4号”在达到平衡时吸附量为7.05 mg·g^-1，明显高于“路单8号”平衡时吸附量6.36 mg·g^-1；“会单4号”解吸率为67.41%，明显低于“路单8号”的解吸率76.95%；“会单4号”和“路单8号”根细胞壁经酯化改性后对Pb的累积吸附量分别降低了44.59%、47.41%，经氨基甲基化改性后对Pb的累积吸附量降低了28.60%、24.86%，经果胶酶改性后对Pb的累积吸附量降低了15.79%、21.75%。同时对两个玉米品种根细胞壁上Pb吸附位点进行FTIR官能团表征分析，吸附Pb后细胞壁的结构未发生改变，而部分官能团的位置和含量发了明显的变化，其中“会单4号”和“路单8号”的羟基（-OH）或氨基（-NH₂）特征峰都出现了显著的偏移，经Pb吸附处理后“会单4号”的A₃₃₈₂/A₂₉₂₁比值升高了0.53，“路单8号”的A₃₃₈₅/A₂₉₂₁比值升高了0.41，“会单4号”的变幅明显高于“路单8号”，而对应的羧基（COO-，C-O）特征峰吸光度比值变化不明显。研究表明，“会单4号”对Pb的吸附量更高，且更加牢固，不易解吸；羟基或氨基参与了细胞壁对Pb的吸附过程；“会单4号”与“路单8号”对Pb表现出的累积能力差异，主要源于细胞壁上羟基或氨基含量变化的差异。     

砷在铜藻中的亚细胞分布及细胞壁吸附作用研究

为揭示铜藻(Sargassum horneri)细胞壁在砷(As)生物吸附中的作用,以铜藻幼苗为研究对象,测定了不同As胁迫浓度(50、100、150、200、250μmol·L^-1)下细胞亚组分中的As含量变化,并对细胞壁的吸附动力学、细胞壁多糖As吸附效果以及细胞壁多糖傅里叶红外光谱进行了分析研究。结果表明：在低浓度(50μmol·L^-1)As胁迫时,50.0%的As分布于细胞壁,明显高于其他组分;而在高浓度(≥150μmol·L^-1)As胁迫时,As优势分布由细胞壁转向细胞可溶组分,细胞壁中的As比例下降至36.4%～37.3%。随着As胁迫浓度升高,细胞壁As含量呈上升趋势,当As胁迫浓度超过100μmol·L^-1时,细胞壁As含量上升趋于平缓。细胞壁吸附动力学实验表明酯化改性和甲基化改性可降低细胞壁As吸附的平衡容量,其降幅分别为68.5%和42.9%,同时细胞壁多糖红外光谱分析结果也表明羟基、氨基、羧基、硫酸盐基等官能团为细胞壁As吸附提供了结合位点。细胞壁多糖体外吸附实验表明随着多糖浓...     

改性泡桐树叶吸附剂对水中铅和镉的吸附特性

分别采用酸、碱、巯基乙酸3种化学方法对泡桐树叶粉末进行改性,利用扫描电镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)对泡桐树叶吸附剂结构特性进行表征,研究了其对水中Pb2+和Cd2+的吸附行为。结果表明:吸附剂用量为3 g·L-1,温度25℃,溶液pH为5时,3种改性方法制得的泡桐树叶吸附剂4h内都能达到吸附平衡,吸附过程可以用准二级吸附动力学模型描述。NaOH-乙醇改性的泡桐树叶(MPPA No.1)较未改性的泡桐树叶(UMPPA)对Pb2+和Cd2+的吸附能力得到明显提高,Pb2+、Cd2+平衡吸附量分别为15.38 mg·g-1和14.71mg·g-1,对Cd2+的吸附速率较Pb2+快。UMPPA表面平展光滑,改性MPPANo.1表面粗糙呈蜂窝状,MPPANo.1比表面积为3.124 m2·g-1,较UMPPA增大150%。泡桐树叶主要含有羟基、羧基、酰胺等活性基团,有利于对Pb2+和Cd2+的吸附,经NaOH-乙醇改性的泡桐树叶对水中Pb2+和Cd2+有更好的吸附性能。     

Zn对水稻吸收转运Cd的影响

通过探究锌(Zn)对水稻吸收、积累镉(Cd)的影响,为揭示水稻体内Zn、Cd互作机制提供理论依据。通过水培实验,研究Cd胁迫下施加Zn对水稻生物量、Cd含量、Cd积累量、根表铁膜成分、细胞壁组分及吸附解析动力学特征的影响。结果表明:与单Cd处理相比,Cd+Zn处理地上部生物量显著下降;根及地上部Cd含量、积累量显著提高;根表铁膜中Fe含量及Cd含量分别提高18.70%和29.99%;比较单Cd与Cd+Zn的细胞壁组分发现,Zn显著降低了水稻根细胞壁中的果胶及半纤维素1(HCl)成分,导致Cd+Zn处理细胞壁吸附能力下降而解吸能力增强。研究表明,Zn促进Cd在根表铁膜中Cd积累量,降低细胞壁的阻隔作用,进而促进水稻对Cd的吸收及转运。     

不同年限设施菜地番茄细胞壁果胶Cd累积的研究

为探讨不同种植年限和设施菜地番茄细胞壁果胶Cd累积的关系,以种植年限为2年和14年设施菜地番茄为研究对象,测定了不同种植年限下番茄茎、叶细胞壁果胶含量,并对细胞壁果胶含量、果胶甲酯酶(PME)活性与种植年限及Cd累积量之间的相关性进行了分析。结果表明,随着种植年限的增加,番茄植株各器官Cd累积量均有所增加;种植14年设施菜地番茄茎中Cd累积量比种植2年的增加了24.55%,叶片中Cd累积量增加了45.96%;种植14年设施菜地番茄茎细胞壁Cd累积量增加了61.86%,叶片细胞壁Cd累积量增加了57.46%;不同种植年限设施菜地番茄茎和叶细胞壁果胶Cd含量也存在极显著差异(P0.05)。另外,随着种植年限的增加,番茄茎、叶细胞壁果胶含量和PME活性随之升高:与种植2年相比,种植14年设施菜地番茄茎中果胶含量提高了104.51%,叶片果胶含量提高了127.45%;种植14年设施菜地番茄茎中PME活性提高了10.56%,叶片PME活性提高了9.39%。果胶含量及PME活性和细胞壁Cd累积量呈正相关。研究发现不同年限设施菜地土壤全Cd和有效Cd含量有所不同,影响着番茄不同器官果胶含量及PME活性,说明细胞壁果胶在缓解番茄Cd毒害中起着一定的作用。     

不同官能团多壁碳纳米管对镉的吸附及细菌毒性

  目的  探讨不同官能团多壁碳纳米管对镉离子(Cd2+)的吸附作用,揭示多壁碳纳米管影响镉细菌毒性的机制。  方法  通过批量吸附平衡实验研究不同官能团(羟基化、羧基化、氨基化、未经修饰)多壁碳纳米管(MWCNTs)对Cd2+的吸附性能,通过细菌毒性实验评估不同官能团多壁碳纳米管和Cd2+对大肠埃希菌Escherichia coli的毒性效应。  结果  4种多壁碳纳米管对Cd2+的吸附能力从大到小依次为羧基化多壁碳纳米管、羟基化多壁碳纳米管、多壁碳纳米管、氨基化多壁碳纳米管,吸附性能与碳纳米管含氧量相关。多壁碳纳米管- Cd2+复合物细菌毒性低于游离Cd2+,随纳米管质量浓度增加(0~200 mg·L?1),羧基化多壁碳纳米管-Cd2+复合物作用下细菌存活率从67%提高到81%。  结论  不同官能团多壁碳纳米管对Cd2+的吸附量与碳纳米管含氧量呈正相关;多壁碳纳米管-Cd2+复合物细菌毒性低于游离Cd2+,认为多壁碳纳米管可降低游离Cd2+的细菌毒性。图4表2参26     

黑曲霉菌株TLSF2对水中Cu、Cd的吸附机理探讨

黑曲霉(Aspergillus niger)菌株TLSF2是1株新发现的耐重金属真菌,为深入了解该菌株对水中Cu、Cd的吸附机理,借助原子分光光度法,通过吸附试验探讨了菌体对Cu、Cd的吸附能力,用化学试剂逐步提取法分析了Cu、Cd在黑曲霉菌体中的化学形态及其Cu、Cd含量,采用差速离心法分离黑曲霉菌体的亚细胞结构并测定其各组分Cu、Cd含量,并对Cu、Cd处理后的黑曲霉菌株TLSF2的细胞壁进行了红外光谱分析。结果表明,Cd浓度保持50 mg/L条件下,Cu浓度为200 mg/L时,菌株TLSF2对Cu的吸附量最大,达到17.76 mg/g;Cu浓度保持200 mg/L条件下,Cd浓度为50 mg/L时,菌株TLSF2对Cd的吸附量最大,达5.19 mg/g,表明该菌株对Cu、Cd有很强的耐受性和富集能力。并且证实细胞壁是菌株TLSF2富集Cu、Cd的主要部位,Cu、Cd的化学形态均以氯化钠提取态为主。菌株TLSF2吸附Cu的化学基团主要涉及羧基、氨基和羟基等,吸附Cd的化学基团主要包括酰胺基、氨基、羧基、羟基以及磷酸基等。     

柚子皮的交联改性及其吸附Pb~(2+)性能研究

采用碱催化甲醛交联对柚子皮进行改性处理,优化改性工艺提高其对Pb~(2+)的吸附性能,减少其水溶出物;通过扫描电镜、X射线能谱、傅里叶红外光谱、元素分析等方法对改性柚子皮进行了表征。结果表明:1 g柚子皮优化后的改性工艺为,1 mol/L的氢氧化钠溶液20 mL,质量体为37%甲醛溶液15 mL,在80℃下反应4 h;改性处理使柚子皮变得更加粗糙,Na~+与柚子皮中的酚羟基、羧基等酸性官能团中的质子以及K~+发生交换形成钠盐,吸附过程中Pb~(2+)与Na~+、Ca~(2+)发生离子交换。改性不仅大幅提高了柚子皮对Pb2+的吸附量,并有效降低了水溶出液的化学需氧量。     

花生壳与花生壳生物炭对镉离子吸附性能研究

将花生壳(PS)改性制备成花生壳生物炭(PSB),研究了吸附时间(10~5760min)、吸附剂用量(0.1~5g)、镉离子溶液初始pH值(1~8)和浓度(10~800 mg·L-1)等因素对Cd2+去除效率的影响;利用场发射扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)与模型拟合分析,探讨了PS和PSB的吸附性能与机理。实验结果表明,PS和PSB是优良的生物质基吸附材料;pH为5.0、Cd2+溶液浓度为10mg·L-1、吸附剂添加量为4 mg·mL-1时,PS的去除效率为93.33%,PSB的去除效率为99.51%;吸附容量分别可达26.88 mg·g-1、28.99mg·g-1;Freundlich与Langmuir吸附模型均能较好地描述PS和PSB对Cd2+的等温吸附过程,以Freundlich模型略优。SEM电镜扫描和FTIR图谱分析表明PS和PSB对镉的吸附主要为多分子层的表层络合吸附:SEM分析表明PS和PSB在吸附Cd2+以后表面具有大量的颗粒附着物;FTIR分析表明PS与PSB吸附镉的主要机理为络合反应,PS参与络合反应的主要官能团为-CHO、-C=O、-OH和-P=O,PSB参与络合反应的主要官能团为-C=C-、-C≡C-、-C≡N和-OH等官能团。     

谷壳对水中Cr (VI)离子的生物吸附研究

目的研究镉(Cd)对深色有隔内生真菌(dark septate endophytes,DSE)的吸附特征,为利用DSE吸附去除Cd污染提供理论依据。方法采用1株DSE——嗜鱼外瓶霉(Exophiala pisciphila ACCC32496)作为研究材料,探讨菌丝吸附Cd的影响因子(pH值、初始Cd质量浓度和吸附时间)及吸附特性。结果嗜鱼外瓶霉吸附Cd的最佳pH值为5,并且随着初始Cd质量浓度的增加,吸附量增加,直至达到饱和状态,最大吸附量为14.14 mg/g。吸附过程分为快速反应和慢速反应阶段,60 min内Cd吸附量为11.37 mg/g,吸附过程符合Langmuir吸附等温模型,吸附动力学符合准二级速率方程。红外光谱分析表明：嗜鱼外瓶霉吸附Cd涉及氨基、酰胺基、羧基、羟基和磷酰基等基团。解吸试验表明：HNO₃和Na₂EDTA从嗜鱼外瓶霉菌丝上解吸Cd的能力最强。结论DSE嗜鱼外瓶霉(E. pisciphila ACCC32496)对Cd具有较好的吸附效果,主要依靠细胞壁上的氨基、酰胺基、羧基、羟基和磷酰基等基团吸附去除Cd。     

作物根系镉滞留作用及其生理生化机制

一定程度的镉胁迫严重影响了作物的生长发育和农产品的产量及品质。文中全面综述了重金属镉胁迫对作物和人类的危害,以及镉在作物体内的吸收、转运和积累特征及其相关的主要调控基因和功能。简要概述了作物抗镉耐镉机制,重点讨论了其中的根系镉滞留作用的生理和生化机制。重金属镉主要通过根部吸收进入植株,在根中,Cd~(2+)首先进入由细胞间隙、细胞壁微孔以及细胞壁到质膜之间的空隙等构成的"自由空间",然后通过主动或被动吸收跨膜进入胞质,再经共质体或质外体途径运输到木质部导管中。水稻等作物主要通过下列途径来适应镉胁迫:细胞壁的滞留作用、原生质体的螯合作用、液泡的区室化作用、逆境蛋白和脯氨酸的积累、抗氧化酶系统活性的提高、根系的滞留作用。根系镉滞留作用作为一种重要的抗耐镉毒害的方式,在调控作物对镉的吸收、转运和分配积累,阻碍镉进入植株地上部和原生质体,减少镉对作物自身生长发育及农产品产量和品质的影响等方面起着非常重要的作用。主要包括根茎间低转运量导致的镉滞留、根系细胞壁滞留和液泡滞留。(1)根茎间低转运量导致的镉滞留。该种滞留作用主要受到根系木质部的镉装载能力和镉长距离运输载体——植物螯合肽(PCs)含量的影响;它们主要受到质膜上跨膜离子转运蛋白HMA2和HMA4以及细胞中的PCs合成酶及其相应基因(如HMA2、HMA4、PCs1等)的调控。这些蛋白和基因对木质部的镉滞留起到负调控作用。(2)细胞壁滞留作用。根系细胞壁滞留发生在质外体部分(包括细胞壁和胞间层),主要与质外体的组成成分和结构相关,其中起关键作用的是果胶多糖,半纤维素也起到一定作用。根据果胶和半纤维素滞留镉的作用方式的不同,细胞壁滞留作用可分为物理滞留和化学滞留。物理滞留主要与细胞壁的孔隙度和厚度有关,此二者均受到细胞壁果胶含量和果胶甲酯酶PME活性的影响。而化学滞留则是由半纤维素和低酯化果胶上的带负电荷基团,如-COO-等,与Cd2+发生静电结合作用所致。它们会受到PME14和XCD1等基因的调控。(3)液泡滞留作用。液泡滞留作用与细胞质和液泡中的PCs以及液泡膜上的转运蛋白密切相关,其对镉的滞留能力大小受到液泡分隔容量大小(VSC)的限制。在液泡的镉滞留中,不同分子量大小的PCs起到了重要作用,它们参与了胞质中镉的螯合、胞质与液泡间镉的转移及最终液泡中镉的沉积。而液泡膜上的转运蛋白则负责将胞质溶液中的低分子量PC-Cd复合物通过主动运输转移到液泡内,使镉被隔离在活跃生理区之外。作物根系中,这三种重金属滞留机制先后联合作用,降低了镉向原生质体和地上部的转移,从而减轻了镉对地上部的毒害,降低了籽实等收获器官中的镉含量。然而,由于木质部中PC-Cd占总镉比例以及细胞壁电荷总量和液泡VSC大小的有限性,从而使得根系镉滞留作用的强度和效果都存在着一定的限度。     

水淹对秋华柳根茎细胞壁组分镉含量的影响

为了解水淹胁迫对细胞壁镉富集能力的影响,以秋华柳(Salix variegata Franch)扦插苗为研究对象,设置镉胁迫和水淹胁迫试验,测定了不同处理组下秋华柳根、茎细胞壁不同组分的镉积累特征。结果表明:所有处理组秋华柳存活良好,表现出水淹和镉的双重耐受性;所有镉浓度处理下,秋华柳根、茎细胞壁果胶和半纤维素均具有良好的镉离子结合能力,其中果胶的镉离子结合能力最大;水淹、镉胁迫及两者的交互效应均对秋华柳根、茎细胞壁组分镉含量造成了不同程度的影响。水淹显著降低了茎细胞壁组分镉含量,但对根组分中镉含量无显著影响;水淹条件下,秋华柳根、茎细胞壁果胶和半纤维素镉含量有所降低,但果胶和半纤维素仍为细胞壁镉积累富集的主要组分。上述结果表明,水淹对秋华柳根、茎细胞壁组分中镉的分配策略没有明显改变,镉仍被固定于细胞壁中以减少重金属对植物细胞的伤害,因此秋华柳可以作为三峡库区消落带镉污染土壤修复的备选物种。     

黑麦草与丛枝菌根对大田番茄抗性及Cd吸收的影响

采用田间试验研究在土壤重金属Cd(5.943 mg·kg-1)污染条件下,黑麦草和丛枝菌根对"德福mm-8"和"洛贝琪"2个品种番茄产量、抗性、Cd浓度的影响。结果表明,黑麦草和丛枝菌根单一或复合处理使2种番茄叶、茎、根、果实生物量(DW)和植株总生物量(DW)分别比对照增加了2.7%~16.8%、3.0%~16.8%、8.4%~31.5%、4.2%~38.4%和4.5%~36.6%,同时使2种番茄叶和根的丙二醛(MDA)含量及抗氧化酶活性(除叶中SOD含量外)降低;黑麦草和丛枝菌根单一或联合处理均减轻了Cd对番茄根尖细胞的毒害,根尖细胞均有恢复正常的趋势,其细胞较完整、细胞壁增厚,可见液泡、细胞核等细胞器。与对照相比,黑麦草或接种丛枝菌根处理使2种番茄果实、叶、茎和根的Cd浓度分别显著下降了6.9%~40.9%、5.7%~40.1%、4.6%~34.7%和9.8%~42.4%;番茄果实中Cd积累量较少,根、茎和叶为主要积累部位。2种番茄的果实Cd浓度和积累量及植株Cd总积累量表现为"洛贝琪"低于"德福mm-8"。     

复合钝化剂对镉污染土壤三七生长及生理特性的影响

三七是云南最重要的中药材,为探究复合钝化剂对镉污染土壤上三七生长及其镉吸收累积的影响,以一年生三七为供试材料,采用盆栽试验方法,研究了钝化剂不同添加量（0、0.50%、1.00%、1.50%）对三七生长、生理生化指标以及镉吸收累积的影响。结果表明：施用钝化剂能够有效促进三七的生长,增加三七株高、叶长、叶宽、茎粗以及叶绿素含量,同时显著提高三七地上和地下生物量;复合钝化剂能够降低三七主根和叶片中MDA含量,而CAT活性却随着钝化剂添加量的增加而上升,同时,三七主根和叶片中游离氨基酸含量及主根可溶性蛋白含量降低。复合钝化剂不仅可以降低土壤中有效态镉的含量,还对三七各部位吸收镉产生一定的影响,与对照相比,三七主根镉含量降低了21.4%~57.1%、剪口降低了58.9%~62.6%、茎部降低了47.4%~67.4%、叶降低了25.0%~53.1%。研究表明,在镉污染土壤中使用复合钝化剂既可以有效地促进三七的生长发育,又可以减少镉在三七各个器官中的累积,在本试验条件下设置的3种钝化剂添加量中,添加量为1.50%的处理效果较好。     

生物炭老化及其对重金属吸附的影响机制

生物炭具有丰富含氧官能团、多孔结构、阳离子交换量、芳香性结构等使其对重金属具有良好的固持作用,进而在重金属污染土壤修复中具有良好的应用前景。生物炭施入土壤中在与土壤接触过程中受物理、化学和生物作用而发生老化现象,致使生物炭特性发生改变。本文综述了原料来源、热解温度和老化方法对老化生物炭特性的影响,以及老化生物炭对重金属吸附的影响机制。老化作用对生物炭特性的改变主要体现在灰分、表面元素组成、含氧官能团、pH、形貌特征、孔隙结构及比表面积。老化生物炭表面含氧官能团、负电荷和CEC含量增加会促进其对重金属的吸附;而比表面积和pH的降低、酚羟基和芳香醚含量增加以及羧基数量减少则抑制其对重金属的吸附。