不同品种水稻对土壤中镉的富集特征及敏感性分布（SSD）

【目的】研究不同水稻品种对土壤中镉（Cd）毒害的敏感性分布规律,测定基于保护95%水稻品种的土壤中Cd对不同水稻毒害的生态风险阈值HC5,为中国水稻Cd污染防治提供理论依据。【方法】利用中国南方具有代表性的两种水稻土,通过外源添加Cd制备成0、1.2、4.8、10、40、120 mg•kg-1的Cd污染土壤,以中国水稻主产区18个常规不同水稻品种为试材,通过温室盆栽试验测定不同Cd污染土壤对不同品种水稻的生物量、植株Cd含量及不同水稻Cd吸收的生物富集系数（BCF）影响。通过国际最新的累积概率分布函数逻辑斯蒂克分布模型（Log-logistic distribution）对不同水稻基于生物量的Cd毒性的剂量-效应关系进行拟合,利用物种敏感性分布模型 Burr-III 构建出Cd对不同水稻毒性的物种敏感度分布频次曲线（SSD）,并基于此推导出不同水稻Cd毒性的物种敏感性分布频次和基于保护95%水稻品种的Cd毒性阈值HC5,并测定不同水稻Cd吸收BCF值与土壤中Cd有效态含量变化的定量关系。【结果】在酸性祁阳红壤中,不同品种水稻随着Cd处理浓度的增加,生物量明显下降,对Cd最为敏感的品种X-42,生物量降低86%,而对Cd耐性较强的品种Z-120生物量降低51%。当添加浓度为4.8 mg•kg-1时,JY-253、J-463、Z-611、J-899、T-15、X-6、T-167品种水稻的生物量达到最大,其余品种均在1.2 mg•kg-1处理下达到最高。与对照相比,不同品种水稻的生物量增加了4%-56%,说明低剂量Cd对水稻生长有一定的刺激效应。在中碱性广州水稻土中,不同品种水稻随着Cd处理浓度的增加,生物量没有显著性差异。在两种土壤中,生物富集系数（BCF）随着Cd处理浓度的增加而降低,在低镉（1.2 mg•kg-1）条件下,红壤水稻BCF的变化范围为0.0056（S-974）-0.0133（T-15）,相差2.38倍;而广州水稻土的变化范围则为0.0018（L-42, LY-28）-0.0034（J-899）,相差1.89倍。但是对于相同Cd浓度处理下,红壤中水稻的BCF大于广州水稻土,两者相差2-14倍,这可能与两种土壤的性质差异有关。祁阳红壤是酸性土壤,有机质匮乏,测得Cd有效态含量高,对水稻的毒害强,生物量降低的多;广州的水稻土则相反,高pH和有机质丰富的土壤对Cd吸附容量和固持力增加,对水稻毒害减弱,生物量变化不明显。土壤中Cd对以上18种水稻的毒性阈值浓度（EC50）变化范围为4.30-61.611 mg•kg-1,最高的为水稻X-45,最低的是水稻X-42,不同水稻品种之间EC50差别为1.0-4.32倍。【结论】不同水稻品种对土壤中Cd毒性胁迫有显著性差异,虽然Cd属于非必需元素,但不同水稻品种对低剂量Cd表现出不同的刺激效应;基于物种敏感性分布模型（Burr-III）测定结果表明,18种不同水稻具有明显的分布频次差异,其中,水稻X-42毒性阈值最小,对Cd胁迫最为敏感,水稻X-45则相反,表现出较强耐性。经过Burr-III模型的计算得到基于保护95%水稻品种的土壤中Cd50%抑制浓度值（HC550%）为4.93 mg•kg-1。     

金鱼藻抗氧化系统对镉胁迫的响应

[目的]研究镉对金鱼藻生长的影响和金鱼藻抗氧化酶对胁迫伤害的响应。[方法]用不同浓度的氯化镉溶液(纯镉离子浓度分别为0、0.2、1.0、2.0 mg/L)处理金鱼藻,并分别于处理后1、2、4、8 d测定处理后植株叶绿素和可溶性蛋白含量、镉的积累量、抗氧化酶活性以及氧化胁迫参数等指标。[结果]金鱼藻体内镉的积累量随胁迫浓度和时间的增加而增加,但积累速率随胁迫浓度和时间的增加而降低;抗氧化酶系统对镉胁迫具有应激反应,当镉浓度小于1.0 mg/L时,超氧物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性均先上升,4d后又下降,而当镉浓度大于2.0 mg/L时,上述酶活性下降,同时,H2O2含量、MDA含量上升。[结论]低浓度镉可以诱导抗氧化酶活性,抵御氧化胁迫,但随着隔浓度的增加,抗氧化酶活性降低,植物受到氧化胁迫伤害。     

钙对不同浓度镉胁迫下芦苇幼苗叶绿素及抗氧化酶系统的影响

采用水培实验。对不同浓度Cd^2＋迫下芦苇幼苗叶绿素和抗氧化酶的变化情况及Ca^2＋对Cd^2＋胁迫下芦苇幼苗中叶绿素和抗氧化酶的影响进行了研究。结果表明，营养液中Cd2＊的浓度由0．2mmol·L^-1增加到0．6mmol·L^-1芦苇幼苗中叶绿素含量减少，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）等抗氧化酶的活性显著降低；10mmol·L^-1 Ca^2＋的加入抑制了丙二醛的产生．刺激了Cd^2＋胁迫下芦苇幼苗叶片中的叶绿素含量增加和SOD、CAT的活性的增强，提高了芦苇对Cd^2＋的抗性。     

镉胁迫对花叶芥菜生理抗性的影响

以花叶芥菜(Brassica juncea)为材料,通过沙培法试验,设置不同的镉(Cd2 )水平(CK:0mg·kg-1,T1:10mg·kg-1,T2:20mg·kg-1,T3:30mg·kg-1,T4:40mg·kg-1),研究不同浓度镉胁迫对花叶芥菜生理抗性的影响.结果表明:随着镉浓度的增加,花叶芥菜的质膜透性(MP)增加幅度较小;蛋白质(Pr)含量和过氧化氢酶(CAT)活性呈递增趋势;过氧化物酶(POD)活性逐渐下降,但在镉水平为20mg·kg-1时出现最高值.     

镉胁迫对烤烟叶片抗氧化系统的影响

通过水培试验,研究了不同浓度镉胁迫(0mg/L,5mg/L,25mg/L,50mg/L)对烤烟叶片抗氧化系统的影响。结果表明:25mg/L镉胁迫下,过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)的活性最大;5mg/L时,过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)及谷胱甘肽还原酶(GR)活性最大;随着镉浓度增大,烤烟叶片抗氧化酶活性逐渐降低;丙二醛(MDA)含量随镉浓度增大而逐渐增加。     

镉胁迫下钝化剂对菠菜生理特征及镉累积的影响

为了探究不同钝化剂在镉(Cd)胁迫下对蔬菜生理特征及Cd累积的影响,以菠菜为研究对象,设置不施钝化剂(CK)、单施纳米羟基磷灰石(nHAP)、单施巯基生物炭(TMB)、配施纳米羟基磷灰石+巯基生物炭(HPTB)4个处理进行盆栽试验。通过测定分析土壤pH、有效态Cd含量及菠菜抗氧化酶活性,阐明施用不同钝化剂对Cd胁迫下菠菜生长及Cd累积的影响。结果表明:施加钝化剂能有效提高菠菜生物量,降低菠菜Cd含量。与CK相比,nHAP、TMB、HPTB处理下地上部和地下部生物量分别增加了90.27%、7.28%、143.75%和72.50%、4.81%、91.71%,Cd含量分别降低了78.19%、6.94%、65.49%和65.98%、39.34%、52.31%;不同钝化剂均能提高土壤pH,降低土壤有效态Cd含量。nHAP、TMB、HPTB处理下土壤pH较CK分别提高了1.36、0.08个和0.76个单位,有效态Cd含量分别降低了83.22%、22.57%和73.70%。nHAP处理对菠菜的降Cd效果最好;施用nHAP能够有效增加抗氧化酶活性,降低丙二醛含量,缓解脂膜过氧化伤害。综上,nHAP可作...     

水稻抗氧化酶活性对Cd胁迫的应答及其对Cd吸收的影响

该文首先研究了4个水稻品种的Cd吸收积累状况,并对水稻的Cd积累类型作出区分,之后对水稻体内各抗氧化酶与水稻Cd吸收的关系进行了分析。结果显示,GR活性与茎叶Cd含量之间存在显著负相关(P0.05),且GR在低积累型水稻体内的活性显著高于高积累型(P0.05),APX的研究结果则和GR相反。这表明,GR活性的提高对减少Cd吸收也起到积极的作用,APX则起到消极作用。     

镉胁迫对不同抗性水稻品种幼苗生长和生理特性的影响

以耐镉性不同的两个水稻品种（水稻秀水63和秀水09）为试验材料,采用溶液培养方法,研究不同浓度镉（0、1、5、10、25、50、100μmol/L-1）对水稻幼苗生长和生理特性的影响。结果表明：随Cd浓度增加水稻幼苗生长明显受抑,株高、叶绿素含量、叶片干重明显下降,且秀水63的下降幅度大于秀水09。总体上,脯氨酸含量、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性均呈上升趋势,其中,在较低浓度Cd胁迫下,秀水63叶片中脯氨酸含量、POD活性增加幅度较大,而在较高浓度Cd胁迫下,秀水09的增加幅度较大。过氧化氢酶（CAT）活性表现为先上升后下降。丙二醛（MDA）含量随着Cd胁迫浓度的提高而增加, 且增加幅度秀水63大于秀水09。从实验结果表明,秀水09对Cd胁迫的抗性大于秀水63。     

镉胁迫下不同生态型五节芒的膜脂过氧化水平及抗氧化能力比较

[目的]揭示不同生态型五节芒（Miscanthus floridulus）在抵抗Cd胁迫机制方面的异同。[方法]以粤北大宝山矿山开采地优势植物五节芒为试验材料,比较了五节芒非矿山生态型（采自惠州市博罗县丘陵山地）和矿山生态型（采自大宝山矿区）在相同Cd处理浓度下的生理响应。[结果]Cd胁迫会导致五节芒叶片MDA的积累,非矿区生态型五节芒MDA积累的幅度要大于矿区种群。非矿区生态型五节芒叶片中SOD活性被Cd胁迫抑制,POD活性都受到Cd胁迫的诱导而比对照有所增加,但矿区生态型增加的幅度要大于非矿区生态型,矿区生态型植株2种酶的活性在最高Cd处理浓度时都显著高于非矿区生态型植株。随Cd处理浓度增大,非矿区种群五节芒叶片中PPO活性呈先增加再下降的趋势,矿区生态型植株在受到Cd胁迫后PPO活性显著增加,在最高Cd浓度处理时矿区生态型植株PPO活性要显著高于非矿区生态型。[结论]矿山型五节芒的重金属Cd耐受性要强于非矿山型。     

不同烟草对Cd吸收的敏感性分布及烟草中Cd的结合形态

采用水培试验,结合逻辑斯蒂克模型(Log-logistic)、Burr-Ⅲ概率函数模型,研究了16种不同烟草对Cd胁迫毒性的剂量-效应关系、物种敏感性分布差异,在此基础上,利用重金属形态连续分析法对不同Cd敏感性烟草根内Cd的结合形态进行了测定.结果表明:16种不同烟草对Cd胁迫存在显著性差异(P <0.05), 基于根伸长毒性的半抑制浓度(EC₅₀)从18.76~60.77 mg·L^-1,最大相差223.9%;不同品种烟草对Cd毒性的敏感性分布频次具有明显差异,其中Y85为Cd最敏感性品种,而K346为Cd耐性最强品种.对植株体内Cd形态分析结果表明,难溶性Cd的磷酸盐结合态[Cd(PO₄)_n]及蛋白质与果胶结合态(FNaCl)Cd在耐Cd性品种(K326、K346)中的比例大于其在敏感性Cd品种(Y85、TN86)中的比例,说明以难溶性结合态将Cd束缚在根细胞中降低Cd在植株体内的迁移、转运可能是烟草对Cd胁迫产生耐性的机制之一.     

镉胁迫下福美双对小麦幼苗镉积累及生理特征的影响

为探明Cd胁迫下喷施杀菌剂福美双对小麦幼苗Cd积累及生理特征的影响,本研究以常规冬小麦品种为供试作物,采用水培法,在不同浓度Cd胁迫下,于小麦苗期分别喷施高（400倍稀释液）、低（800倍稀释液）两个剂量的福美双制剂,研究福美双对小麦幼苗Cd积累、分布以及抗氧化系统和光合作用等生理特征的影响。结果显示：在Cd积累方面,施用福美双提高了小麦地上部Cd和S的含量,最高增幅分别为73.8%和151.2%。同一Cd浓度胁迫下,随着福美双施用剂量的提高,Cd在小麦亚细胞各器官中的含量增加,在细胞壁中的占比升高,在细胞可溶性组份中的占比减少; Cd由氯化钠提取态向乙醇提取态和水提取态转变。喷施福美双对麦苗地上部鲜质量和根系长度无显著影响。在光合作用方面,Cd胁迫下喷施福美双提高了小麦叶片光合速率、叶绿素a和叶绿素b含量,最高增幅分别为62.7%、36.0%和89.5%。在抗氧化作用方面,Cd胁迫下喷施福美双提高了小麦叶片MDA、H₂O₂和CAT含量,最高增幅分别为27.1%、123.6%和464.3%; SOD含量下降,最大降幅为20.1%。研究表明,施用福美双促进了小麦幼苗地上部Cd积累,提高了植株的光合作用,但降低了植株的抗氧化能力并加剧了Cd胁迫,高剂量条件下的施药效应更加显著,建议在镉污染麦田防治病害尽量不施用或少施用福美双。     

雪里蕻对于Cd、Zn的耐性及富集特性研究

利用不同培养方式（土培和砂培）探讨了梯度浓度Cd、Zn胁迫下雪里蕻的重金属富集特性、耐受性及生理响应,以期为雪里蕻修复重金属污染场地提供基础理论依据。结果表明：雪里蕻种子发芽率受到Cd、Zn胁迫的抑制,在18.3%~37.8%之间;Cd、Zn胁迫下雪里蕻的茎叶和根系表现出不同程度的毒害症状,土培雪里蕻生物量在0.78~10.60 g之间,砂培生物量在1.83~3.16 g之间;土培和砂培雪里蕻叶片中叶绿素、可溶性蛋白含量均随Cd、Zn浓度升高呈下降趋势,雪里蕻通过调节体内抗氧化酶的活性来缓解由Cd、Zn胁迫引起的氧化应激;雪里蕻植株内（茎叶和根系） Cd、Zn含量随生长基质中Cd、Zn浓度的增加呈线性增长趋势,土培各处理下雪里蕻植株内最高可富集Cd、Zn的浓度分别为80 mg·kg^-1和3 318 mg·kg^-1,砂培下为129 mg·kg^-1和5 195 mg·kg^-1。根据雪里蕻植物提取指数计算结果可知,不同培养方式下雪里蕻对Cd、Zn胁迫具有较强的耐受性和富集、转运能力（且Cd>Zn）,具有较大的潜力用于修复Cd/Zn中、低污染程度的土壤。     

不同磷浓度对膨润土处理土壤吸附Cd2+特性的影响

通过等温吸附试验,研究了P对膨润土处理土壤吸附Cd^2＋的影响规律。结果表明：在该试验条件下,用Freundlich方程能很好地拟合出土壤对Cd^2＋的吸附等温线,其相关系数r^2达到了0.970以上;P对膨润土处理土壤吸附Cd^2＋的影响,存在正效应和负效应,并且以负效应为主;P为高浓度时,吸附常数k值明显减小,土壤对Cd^2＋的吸附受抑制。因此,利用膨润土治理Cd^2＋污染的土壤时,还应考虑P等土壤中其他成分对Cd^2＋的有效性的影响。     

基于典型污灌区土壤筛选耐盐、Cd低吸收小麦品种

为了在污灌区重金属污染农田筛选同时具有耐盐与重金属低吸收特点的作物品种,采集了污灌区Cd污染农田土壤,添加0.4%Na Cl平衡14 d后,利用盆栽实验测定不同小麦的耐盐指数与Cd富集系数,结合物种敏感性分布(SSD)模型对耐盐、Cd低吸收小麦品种进行筛选。研究结果表明:盐分胁迫对10种小麦的生长抑制程度具有明显差异,其中,中麦415与中优206受抑制程度最为明显,耐盐指数分别为0.542和0.591,而中优9507与中麦996植株生长正常;不同小麦耐盐指数大小依次为中优9507≈中麦996轮选1690轮选987中麦1062中麦175中麦14中麦816中优206中麦415。不同小麦茎叶与根对Cd的富集系数间存在较大差异;不同小麦茎叶对Cd富集系数为0.338(中麦996)~0.970(中优206),小麦根对Cd富集系数范围为3.01(中麦1062)~5.71(中麦14)。基于茎叶Cd富集系数(1/BCF)的SSD顺序为中麦996轮选1690中麦415中麦1062中麦175中优9507中麦816中麦14轮选987中优206。基于Cd富集系数(1/BCF)与耐盐指数的物种敏感性分布频次,筛选出了同时具有耐盐分胁迫与Cd低吸收特点的小麦品种分别为中麦996与轮选1690。研究结果可为盐分胁迫条件下Cd污染土壤的安全利用提供参考依据。     

镉低积累青菜品种筛选及硫对镉胁迫下青菜镉含量和品质影响

以36个不同基因型青菜品种为材料,采用盆栽试验,根据可食部分生物量和镉(Cd)积累量差异,筛选Cd低积累和Cd高积累青菜品种,利用小区试验,研究外施硫对不同Cd积累型青菜品种可食部分Cd含量和营养品质的影响。结果表明:不同浓度Cd处理下,36个青菜品种可食部分生物量和Cd含量差异显著;紫罗兰(ZLL)和矮脚黄(AJH)2个青菜品种符合Cd低积累品种特征,适宜在Cd中低污染土壤(Cd≤1 mg·kg~(-1))种植;壶瓶长梗白(HPCGB)和抗热605(KR605)2个青菜品种可食部分Cd含量较高,为Cd高积累品种。小区试验结果进一步验证了盆栽筛选出的Cd低积累和Cd高积累品种特性。1 mg·kg~(-1)Cd处理水平下,2个Cd低积累和2个Cd高积累青菜品种可食部分可溶性蛋白、可溶性糖和硝酸盐含量均高于对照;5 mg·kg~(-1)Cd处理水平下,上述4个青菜品种硝酸盐含量超过食品安全国家标准限量(GB 18406.1—2001);外施硫可不同程度降低青菜可食部分Cd含量和硝酸盐含量,提高了可食部分可溶性蛋白、可溶性糖和维生素C含量。在Cd中低污染大田种植紫罗兰(ZLL)和矮脚黄(AJH)青菜品种及外施硫可有效降低可食部分Cd含量和改善蔬菜品质。     

硒对镉胁迫下不同基因型油菜镉积累、光合特性及抗氧化活性的影响

为研究硒对油菜镉毒害的缓解作用,采用水培实验研究了硒(0.3 mg·L^-1)对镉(0.5 mg·L^-1)胁迫下不同基因型("WH-19"和"WH-95")油菜镉含量、光合特性及抗氧化活性的影响。结果表明:与镉单施相比,硒的添加并未显著改变"WH-19"油菜根、茎、叶中镉含量,显著降低了"WH-95"油菜根、茎、叶中镉含量,分别降低了8.51%、34.61%和46.14%;"WH-19"的净光合速率和蒸腾速率显著提高,分别提高了18.96%和22.77%,气孔导度略有提高,胞间二氧化碳浓度显著降低至镉单独作用时的72.61%;"WH-95"的净光合速率和蒸腾速率略有提高,气孔导度无显著变化,胞间二氧化碳浓度显著降低为镉单独作用时的85.96%;"WH-19"的SOD活性显著降低了29.03%,CAT活性和POD活性无显著变化;"WH-95"的CAT活性略有提高,为镉单独作用时的1.09倍,SOD活性和POD活性无显著变化。硒对镉胁迫下不同基因型油菜镉含量和抗氧化酶活性的影响不同,而对2个品种油菜光合特性的影响趋势基本一致,不同基因型油菜的光合能力均得到提高,缓解了镉对油菜的毒害。     

水稻镉积累基因型差异及其对镉胁迫的反应

对40份来源不同杂交组合的育种高代水稻品系,同田进行种植,收获后测定其糙米的镉含量,分析结果表明:镉含量变异幅度为0.008～0.073mg/kg,不同品系存在极显著的差异.从中筛选出镉积累差异极端的6个品系,在0,0.5,1.0mmol/L3个镉胁迫水平条件下,对其农艺性状、抽穗期超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)和丙二醛(MDA)含量进行了测定.结果表明:镉胁迫使所有品系株高、单株穗数、穗长、每穗实粒数、结实率、千粒重、单株产量受到一定的抑制,不同品系受抑制程度不一,同一品系不同胁迫条件下反应也不同,高镉水平胁迫下抑制更为明显.氧化物酶系统的测定表明:胁迫条件下材料SOD,CAT,POD,MDA都发生了变化,SOD,CAT,MDA的变化与积累类型有一定的关联.     

京津冀地区设施土壤中不同蔬菜对镉的累积特征

为通过种植替代方式保障京津冀地区农产品安全和居民健康,开展该地区设施蔬菜对土壤镉累积特征研究,从而获得镉低累积蔬菜品种。基于京津冀地区种植的典型蔬菜类型和品种,采用野外调查和田间小区试验相结合的方式开展研究。结果表明:叶类蔬菜相对瓜果类具有更高的镉累积风险,瓜果类蔬菜是京津冀地区镉污染设施土壤上推荐种植的蔬菜类型;当土壤镉含量为0.76 mg·kg~(-1)时,不同种类叶菜地上部镉含量大小排序依次为芝麻菜油麦菜菠菜=芥菜苋菜生菜菜心苦苣小白菜咖啡菜茼蒿,其中芝麻菜地上部镉含量最高,为0.13 mg·kg~(-1)鲜质量,茼蒿最低为0.005 mg·kg~(-1)鲜质量;进一步对64种叶菜品种累积镉特征研究发现,茼蒿、汉堡速生咖啡菜、翠英256和特选板叶茼蒿等对镉的累积量较低,其地上部镉含量0.01 mg·kg~(-1)鲜质量,远低于《食品安全国家标准》(GB 2762—2017)规定的0.2 mg·kg~(-1)鲜质量,适合在镉污染设施土壤上开展替代种植;物种敏感性分布曲线(SSD)评价该64种叶菜品种对土壤镉毒性的敏感程度发现,咖啡麦当菜、蔬菠2号、芝麻菜和佳园芥蓝对土壤镉的毒性最为敏感,而茼蒿属于不敏感品种。研究表明,不同种类以及相同种类不同品种蔬菜间镉累积能力差异明显,筛选镉低累积蔬菜品种,在镉污染土壤上开展替代种植具有科学意义。