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。     

水稻突变体对镉的吸收及其亚细胞分布和化学形态特点

Wild-type （Zhonghua 11） and mutant rice （Oryza sativa L.） plants were used to investigate the effect of cadmium （Cd） application on biomass production, to characterize the influx of Cd from roots to shoots, and to determine the form, content, and subcellular distribution of Cd in the roots, leaf sheaths, and leaves of the rice plants. Seedlings were cultivated in a nutrient solution and were treated with 0.5 mmol L^-1 of Cd^2＋ for 14 d. The sensitivity of rice plants to Cd toxicity was tested by studying the changes in biomass production and by observing the onset of toxicity symptoms in the plants. Both the wild-type and mutant rice plants developed symptoms of Cd stress. In addition, Cd application significantly （P ≤ 0.01） decreased dry matter production of roots, leaf sheaths, and leaves of both types, especially the mutant. The Cd content in roots of the mutant was significantly （P ≤0.05） higher than that of the wild-type rice. However, there was no significant difference in the Cd content of roots, leaf sheaths, and leaves between the wild-type and mutant rice. Most of the Cd was bound to the cell wall of the roots, leaf sheaths, and leaves, and the mutant had greater Cd content in cell organelles than the wild type. The uneven subcellular distribution could be responsible for the Cd sensitivity of the mutant rice. Furthermore, different chemical forms of Cd were found to occur in the roots, leaf sheaths, and leaves of both types of rice plants. Ethanol-, water-, and NaCl-extractable Cd had greater toxicity than the other forms of Cd and induced stunted growth and chlorosis in the plants. The high Cd content of the toxic forms of Cd in the cell organelles could seriously damage the cells and the metabolic processes in mutant rice plants.     

铬在芹菜中的累积、亚细胞分布及化学形态分析

采用盆栽试验,研究了Cr6+处理对美国西芹和日本西芹铬总累积量及器官中铬亚细胞分布和化学形态的影响。结果表明,对照处理（0mg·kg-1 Cr6+）芹菜根部和地上部铬在亚细胞中分布为：F3（可溶部分）＞F2（细胞器及膜部分）＞F1（细胞壁及残渣）;40mg·kg-1Cr6+处理为：F1＞F3＞F2,细胞壁(F1)是铬在芹菜细胞内的主要结合位点。芹菜根部和地上部铬化学形态以醋酸提取态占优势,NaCl和HCl提取态也占较大比例。60mg·kg-1Cr6+处理下2个品种芹菜地上部和根部铬含量均极显著增加（P＜001）;相同浓度铬处理下,铬含量和总积累量为：根＞叶＞茎,日本西芹各器官中铬含量和总累积量相对高于美国西芹。2个芹菜品种对铬的吸收均以根部为主要滞留器官,以细胞壁部位为主要的亚细胞分布区域,铬在芹菜体内以难溶性磷酸盐类、蛋白结合态类和草酸盐类为主要化学形态存在形式。     

不同镉耐性水稻非蛋白巯基及镉的亚细胞和分子分布

采用镉（Cd）耐性不同的水稻品种N07-6和N07-63,通过室内水培试验,比较了50 μmol·L-1Cd胁迫下水稻的非蛋白巯基（NPT）、Cd的亚细胞和分子分布的差异。结果表明,Cd处理后,两品种水稻植株Cd含量存在明显差异,N07-63根部向地上部转移的Cd显著少于N07-6。Cd胁迫诱导了两个品种NPT含量的增加,N07-63的增幅显著高于N07-6。Cd绝大部分分布在水稻的细胞壁和细胞可溶部分。N07-63茎叶和根部细胞壁结合的Cd占总Cd的比例高于N07-6,而细胞可溶部分Cd的比例低于N07-6。从Cd的分子分布来看,水稻茎叶细胞可溶部分的Cd一部分与大分子量蛋白质结合,其余大部分与植物螯合肽（PCs）结合,而根细胞可溶部分的Cd绝大部分与PCs络合,N07-63的Cd-PCs结合程度高于N07-6。由此说明,与N07-6相比,N07-63细胞壁对Cd的束缚和细胞可溶部分Cd-PCs的络合程度更高,Cd的毒害效应更小,向地上部转运的Cd更少。     

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。     

外源Cd在不同品种水稻组织中的细胞分布和化学形态特征研究

采用水培试验,以低镉(Cd)积累水稻品种‘D83A/R527’和高Cd积累水稻品种‘辐优838’为供试材料,设置3个Cd浓度(5μmol·L~(-1)、10μmol·L~(-1)、25μmol·L~(-1))处理,从Cd亚细胞及化学形态分布角度研究了不同基因型水稻品种的Cd积累特性,为探讨水稻对Cd的吸收积累生理机制提供科学依据。结果表明:(1)水稻‘D83A/R527’的根系和茎叶Cd含量及根系-茎叶转移系数均显著低于‘辐优838’(P0.05)。(2)两水稻根系各亚细胞组分中Cd含量表现为可溶部分(F3)细胞壁(F1)细胞器(F2),茎叶表现为细胞壁(F1)可溶部分(F3)细胞器(F2);‘D83A/R527’根系和茎叶细胞壁Cd的质量分数(36.76%~51.75%)高于‘辐优838’(31.29%~49.07%)。(3)两水稻品种Cd化学形态含量均表现为氯化钠提取态(F_(NaCl)-Cd)醋酸提取态(F_(HAc)-Cd)去离子水提取态(F_W-Cd)乙醇提取态(F_E-Cd)盐酸提取态(F_(HCl)-Cd);随Cd处理浓度的增加,‘D83A/R527’根系F_E-Cd和F_W-Cd(活性态Cd)质量分数逐渐下降(24.75%~18.34%),‘辐优838’活性态Cd逐渐上升(27.18%~28.68%),茎叶F_(HAc)-Cd和F_(HCl)-Cd(惰性态Cd)质量分数(32.41%~38.98%)逐渐上升且高于‘辐优838’(28.44%~31.22%),‘D83A/R527’根系和茎叶F_(NaCl)-Cd质量分数(32.71%~51.17%)均高于‘辐优838’(32.14%~47.63%)。综上,‘D83A/R527’水稻幼苗Cd积累量低;与‘辐优838’相比,‘D83A/R527’水稻幼苗根系和茎叶细胞壁质量分数较高,"活性态"Cd质量分数较低,"惰性态"Cd则更高,表明‘D83A/R527’水稻对Cd有更强的固持能力。     

牛粪与秸秆配施对玉米体内镉积累及亚细胞分布的影响

以受镉(Cd)污染的棕壤为供试土壤,采用盆栽试验的方法,研究牛粪与秸秆配施对玉米各部位Cd吸收、转运及Cd在各部位亚细胞分布的影响。试验设6个处理,分别为对照处理(CK)、单施秸秆(S)、单施牛粪(M)、牛粪与秸秆含氮量比1∶1(SM1)、牛粪与秸秆含氮量比3∶1(SM3)、牛粪与秸秆含氮量比5∶1(SM5)。结果表明,与对照相比,SM1处理根部吸收Cd的含量下降了46.2%;SM1和SM3处理玉米叶部Cd吸收量与对照相比分别下降了69.8%和61.0%,玉米茎部Cd含量与对照相比分别降低了62.6%和50.4%,玉米籽粒Cd吸收量与对照处理相比分别降低了80.0%和75.0%。与对照相比,SM1、SM3和SM5处理Cd由根部向茎叶部位的转运系数分别降低了0.37、0.21和0.17;Cd由茎叶向籽粒的转运系数分别降低了0.014、0.012和0.010。所有处理玉米各部位亚细胞组分的Cd含量均呈现为细胞壁细胞器可溶部分;在SM1处理下,Cd在根、叶、茎和籽粒四个部位细胞壁中比例与对照相比提高最多,分别提高了16.5%、10.5%、10.7%和19.3%。因此,适宜的牛粪与秸秆配比能有效降低玉米各部位对Cd的吸收和转运,提高Cd在玉米各部位细胞壁中的分布比例,牛粪与秸秆含氮量比1∶1配施有利于Cd污染地区玉米的安全生产。     

不同蔬菜对镉的吸收累积及亚细胞分布

采用营养液培养,基于叶绿体分离方法,研究了不同种类蔬菜对镉吸收、运输和亚细胞的分布规律。结果表明,蔬菜在不同浓度镉的营养液中培养1周后,蔬菜生物量没有产生显著差异,而不同种类的蔬菜生物量差异较大。镉在蔬菜叶片中大部分存在于细胞壁中,占总量的62％～85％,少量存在于原生质（不含叶绿体）和叶绿体中;随着营养液中镉浓度的增加,各组分中镉的含量明显增加,但分配比例变化不大。各种蔬菜根中镉的含量高于地上部镉含量;随着镉浓度的增加,根中镉分配比例从44％-59％降低至27％～38％;不同蔬菜根部对镉的吸收能力及镉向地上部转移的能力有显著性差异。     

维管植物的镉毒和耐性机制

本文讨论了影响土壤中镉有效性的因素和植物对镉的吸收与转运。从植物的生长、光合作用、气孔功能、水分关系、酶活性等方面阐述了镉对维管植物的毒害机制 ;并对近年来有关维管植物通过体内镉的积累与分隔和镉结合复合物产生的镉耐性机制的研究作一综述。     

不同磷水平下玉米和小麦植株亚细胞中镉的积累

Corn and wheat plants were grown in a nutrient culture solution at four levels of phosphorus (0,0.12,0.60 and 3.0mmol L^-1) and two levels of cadmium(0 and 4.0umol L^-1) in greenhouse for a 18-day period.The concentrations of phosphorus and cadmium in cell wall,cytoplasm and vacuoles of roots and leaves were examined by cell fractionation techniques.With increasing phosphorus in medium,the contents of P in cell wall,cytoplasm and vacuoles of corn and wheat roots and leaves increased.The highest content of P was observed in cell wall,next in vacuoles,and the lowest in cytoplasm.The wheat subcellular fractions in both roots and leaves hab higher concentrations of phosphorus than those of corn.Increasing phosphorus in medium significantly inhibited the intracellular Cd accumulation in both species,However,at P concentration up to 3.0mmol L^-1,the Cd content in cell wall was increased.Increasing phosphorus resulted in reduction of the subcellular Cd content in cell wall was increased.Increasing phosphorus resulted in reduction of the subcellualr Cd content in corn and wheat leaves.Compared with corn,the wheat roots had a higher Cd content in the cell wall and vacuoles and a lower in cytoplasm,while in leaf subcellular fractions the wheat cell had a higher Cd content in its vacuoles and a lower one in its cytoplasm,The results indicate that phosphorus may be involved in sequestration of Cd ionic activity in both cell wall and vaculoes by forming insoluble Cd phosphate.     

吊兰生长对土壤镉形态分布与含量的影响

选用观赏植物吊兰进行盆栽试验,研究吊兰对Cd的吸收累积情况以及吊兰生长对土壤Cd的化学形态特征及其含量的影响。结果表明,吊兰对Cd具有极强的累积能力,在土壤Cd浓度为10 mg/kg时,吊兰根和地上部分的Cd累积浓度分别为179.6,149.3 mg/kg,达到了超富集植物的标准。吊兰的生长通过促进残留态(RES)Cd向弱结合态Cd的转化,改变Cd的形态分布,活化土壤Cd,影响Cd的有效性,加大了重金属Cd的淋溶作用和植物对Cd的吸收累积,使实验组Cd含量显著降低(p0.01),与空白组相比下降了13.71%。吊兰的生长降低了土壤Cd的污染程度,有利于Cd污染土壤的修复。     

大豆对镉胁迫的生理反应及耐镉机理探讨

为探讨大豆对镉（Cd）胁迫的生理反应及忍耐机理,以8157为供试材料,采用Hoagland营养液培养和土壤盆栽培养试验,研究了添加不同浓度外源Cd对大豆的生理效应及Cd吸收分布的影响。结果表明,大豆吸收的Cd向地上部转运的比率较高,根系对Cd的阻滞作用较弱;植株体内的Cd主要以NaCl提取形态存在（占89.61%）,降低了Cd的生物毒害性。土壤添加低浓度Cd（0.25～0.50mg·kg-1）,大豆籽粒中Cd-P表现为协同作用,Cd浓度升高则转为拮抗作用;不同浓度Cd处理,籽粒中Cd-Zn表现为协同作用,叶片中Cd-Zn则表现为拮抗作用。Cd胁迫促进大豆体内脯氨酸（PRO）的合成,提高了过氧化物酶（POD）的活性,增强了大豆对Cd胁迫的防御和抵抗能力。     

赤泥颗粒和赤泥对污染土壤镉形态分布及水稻吸收的效应

赤泥能促进土壤中镉形态转化（离子交换态向残渣态转化）,但赤泥碱性很强,对土壤的功能有一定的破坏,为此采用盆栽试验研究了赤泥粉和改性赤泥颗粒对酸性潮泥田土壤镉形态分布及水稻生长的影响。结果表明,同比例（5%W/W）赤泥颗粒的pH值较赤泥粉下降2.4个单位,但随着时间的推移,改性后赤泥颗粒中OH-有缓释的趋势;同比例（5%W/W）赤泥颗粒对镉污染土壤的形态分布影响在修复前期比赤泥粉小,在修复后期与赤泥粉基本相同甚至稍大,但两者对水稻生长影响不同：添加赤泥颗粒导致水稻增产18.3%,添加赤泥粉导致水稻减产33.3%;赤泥粉和赤泥颗粒均能抑制水稻对土壤中镉的吸收,添加量越高,抑制效果越明显;添加合适的赤泥颗粒能促进水稻的生长,反之抑制水稻的生长,通过试验,初步确定水稻生长状况最好的赤泥颗粒添加量为3%（W/W）,此时离子交换态最大降幅为32.1%,残渣态最大增幅为13.7%,水稻增产37.35%,糙米镉含量减少43.8%,低于国家食品卫生标准限值（Cd≤0.2mg·kg-1）。     

植物生长抑制剂对万寿菊镉积累和化学形态的影响

通过水培实验研究了细胞分裂抑制剂（青鲜素 MH）和蛋白合成抑制剂（放线菌酮 CHI）对万寿菊镉积累及化学形态的影响。结果表明,在溶液Cd浓度为0.1 mg·L^-1的条件下,投加浓度为2、4 mmol·L^-1青鲜素及3、6 μmol·L^-1放线菌酮显著抑制了万寿菊的相对生长速率及地上部镉含量,另外两种抑制剂也降低了万寿菊地上部可溶性蛋白含量,但对叶绿素a、b及总叶绿素含量并无显著影响,证明细胞分裂及蛋白合成过程直接影响着万寿菊地上部镉积累。通过采用逐步提取法对万寿菊体内镉的化学存在形态分析,表明在单独Cd处理条件下万寿菊体内移动性较差的醋酸提取态及NaCl提取态镉占有较高比例,其中地上部两种结合态镉约占万寿菊地上部总镉量的68%,而施加植物生长抑制剂后万寿菊地上部两种结合态镉含量显著降低,放线菌酮处理下仅为31%,进一步证实镉主要与万寿菊体内蛋白质等物质结合后才能在其体内长久固定,否则不能在其体内发生累积。     

不同光强下龙葵对镉的吸收积累及生理响应

采用土培方法探讨了不同光强（自然光和50%遮光）和镉（Cd）不同添加量（0、 25、 50、 75和100 mg/kg）复合处理下,龙葵对Cd的吸收累积特征,超氧化物歧化酶（SOD）、 过氧化物酶（POD）、 过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性以及叶绿素、 丙二醛（MDA）、 谷胱甘肽（GSH）和植物螯合肽（PCs）含量等的变化特征。结果表明, 自然光条件下龙葵叶绿素b、 叶绿素a+b以及地上和地下部Cd富集量均显著低于遮光处理; 叶和根的SOD、 POD、 CAT和APX活性在自然光条件下随土壤Cd添加量的增大先升后降,而在遮光处理下则持续升高; 除Cd 25 mg/kg处理时根POD及叶CAT活性在不同光强处理下没有显著差异外,其余Cd添加量处理下SOD、 POD、 CAT和APX活性在自然光条件下均显著高于遮光处理; 自然光条件下龙葵叶和根的MDA含量显著高于遮光处理,而叶和根的GSH含量和叶中PCs含量均显著低于遮光处理。研究结果表明,遮光环境促进了龙葵对Cd的富集,并且减轻了Cd对龙葵的氧化胁迫。     

黑土中镉、铅的化学形态分布及其植物效应研究

采用盆栽试验和连续形态分析方法研究了黑土中Cd、Pb的化学形态特征及其与油菜生长及吸收Cd、Pb量的关系。结果表明,随土壤Cd、Pb含量的增加,Cd交换态含量增幅较大,而Pb碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态含量增幅较大,交换态Pb含量相对较低。随土壤Cd、Pb含量的增加,油菜地上、地下部分的Cd、Pb含量呈递增趋势,但增加速度随土壤Cd、Pb含量的升高而递减。地下部分Cd、Pb含量远高于地上部分的含量。与Pb相比,Cd向地上部分的迁移率较大,其毒害作用更强。土壤中Cd、Pb各形态含量与油菜地下、地上部分吸收的Cd、Pb量均显著相关,碳酸盐结合态对油菜吸收Cd、Pb的贡献最大。     

硫、硅对水稻体内NPT含量及镉亚细胞分布的影响

在4 mg kg~(-1)的镉污染条件下,设置不同的外源硫和硅供应水平,对辽星1号和沈农315两个品种的水稻进行了土培实验,在分蘖期对辽星1号水稻进行了亚细胞分析,观察在不同条件下重金属镉的亚细胞分布;并在分蘖期测定植株茎叶部分的非蛋白巯基(NPT)含量,研究不同硫硅配比对水稻吸收分配重金属的机理。结果表明,沈农315号水稻叶当中的NPT含量高于辽星1号,外源硫可以提升两个品种水稻叶中的NPT含量,增强对重金属的耐性,同时增加镉在包括液泡在内的细胞可溶部分的分布;施硅可以强化细胞壁,随着施硅量的提升,根茎叶细胞壁中的镉分布均显著提升,并且根细胞壁中的提升幅度大于茎,说明施硅不仅可钝化土壤中的镉,并且在植物体内,加强根细胞壁对镉的固化是硅增强植物体重金属抗性的主要途径。     

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。     

黑麦草幼苗对镉耐性能力及吸收积累和细胞分布特点研究

通过盆栽试验研究了镉（Cd）胁迫下黑麦草（LoliumperenneL.）幼苗的耐性能力（包括生长反应和生理生化特性）以及对Cd的吸收、积累、分布特征。结果表明,当Cd浓度为10mg.kg-1时,黑麦草的生长和发育没有受到明显抑制（P〉0.05）,当Cd浓度为20、60、100mg.kg-1时,黑麦草生物量、叶绿素含量、根系活性都显著降低（P〈0.05）;超氧阴离子（O2-.）、MDA含量显著增加（P〈0.05）;SOD、POD活性先增加后降低。黑麦草体内Cd积累量随着Cd浓度增加而显著增加（P〈0.05）;Cd在亚细胞内积累量：F1（细胞壁）〉F3（可溶部分）〉F2（细胞器）。黑麦草在Cd浓度为10、20mg.kg-1时,富集系数〉1.0,对Cd有较强的富集能力,转移系数〈1,富集的Cd主要累积在根部,表明黑麦草能够有效富集土壤中的Cd,且富集的Cd主要积累在根部。