水稻土镉污染与水稻镉含量相关性研究

采用盆栽试验的方法,考察了水稻土中重金属镉(Cd)的浓度对水稻生长及Cd富集的影响以及Cd在水稻植株的分布情况,并进一步研究了糙米(可食部位)对Cd的富集量与土壤中Cd总量的关系.结果表明,在各个浓度Cd胁迫下,根、茎叶、稻壳、糙米相比,2个品种水稻都是根累积的Cd含量要高于茎叶和稻壳、糙米,即根>茎叶>稻壳>糙米;在水稻的茎叶细胞中,Cd主要分布在细胞壁,细胞可溶性成分,细胞器Cd的分布量较少,即细胞壁>可溶性部分>细胞器及膜部分;随Cd浓度增加,茎叶中的Cd积累量极显著增加,各细胞组分中的Cd含量均显著增加;根据国标GB 2762-2005对大米中Cd的限最标准(≤0.2 mg·kg~(-1)),水稻土土壤总Cd临界值分别为2.0mg·kg~(-1)(博优225)、3.1 mg·kg~(-1)(矮糯).因此,在污染土壤上宜选种食用部位重金属积累低的水稻品种,以减少人类吸收重金属的风险.     

硅对镉胁迫条件下两个水稻品种镉亚细胞分布、非蛋白巯基物质含量的影响

采用营养液培养方法,以两种籽粒镉含量不同的水稻品种宁粳4号和徽两优6号为试验材料,分别生长在含有硅(Na_2SiO_3)和50μmol·L~(-1)镉(CdCl_2)的介质中7 d,研究了硅对两种水稻吸收累积镉及其非蛋白巯基物质(NPT)含量的影响,比较了两种水稻地上部和根中镉的亚细胞分布特征。研究结果表明:在不同硅镉处理下,相同镉处理浓度下,加入硅后,两种水稻生物量较单独镉处理明显增加;两种水稻根中的镉含量明显高于地上部,籽粒镉含量低的水稻品种宁粳4号转移系数小于籽粒含量高的徽两优6号;外源硅(1.8 mmol·L~(-1))会显著降低水稻对镉的吸收和转运。镉胁迫条件下,硅对水稻植株体内的非蛋白巯基物质(NPT)的含量产生了影响,单独镉处理时两种水稻根部NPT含量较对照明显升高,硅镉复合处理时宁粳4号根NPT含量变化不明显但显著降低了地上部NPT含量,徽两优6号根中NPT含量增加,地上部NPT含量下降。两种水稻品种镉在根中的亚细胞分布表现为细胞可溶物质中含量高于细胞壁,细胞器上含量最少;镉在地上部的亚细胞分布表现为细胞壁中含量高于细胞可溶物质,细胞器上含量最少。     

镉积累不同类型的小麦细胞镉的亚细胞和分子分布

 采用溶液培养试验结合亚细胞组分分级分离和凝胶过滤等技术 ,研究小麦根系和叶片细胞镉的亚细胞和分子分布。低镉和高镉品种分别采用烟 86 10 3和莱州 95 3。在高镉与低镉营养液中 ,根细胞壁中镉含量两个品种间差异不大 ,但烟 86 10 3根系细胞质中镉含量较低 ;叶片细胞壁、细胞质和细胞器的镉含量均表现为烟 86 10 3小于莱州 95 3。两小麦品种叶片细胞中镉大部分与高分子量化合物配合 ,而根细胞中镉大部分与重金属螯合肽 (PCs)配合。根系镉与PCs配合的组分 (PCs Cd)含量烟 86 10 3远小于莱州 95 3,烟 86 10 3根系细胞质低的镉含量以及低的PCs Cd形成量 ,降低了根系镉的移动及其由木质部向地上部转运的可能性。     

黔产艾纳香对镉胁迫的生理响应及其体内镉分布特征

为探明黔产艾纳香对镉(Cd)胁迫的生理响应及其体内Cd分布特征,采用沙培试验研究不同浓度Cd(0、10、30、60、120 mg/L)处理下艾纳香生理生化指标的变化规律及Cd在其体内器官和亚细胞分布特征。结果表明:随着Cd胁迫浓度的增加,叶绿素含量整体上逐渐降低,丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、可溶性蛋白含量均有不同程度的升高,超氧化物歧化酶(SOD)活性呈先升高后降低的变化;艾纳香各器官Cd含量随处理浓度的增加而增加,并表现为根茎叶;根、茎和叶细胞中Cd主要分布在可溶组分、细胞壁中,根、茎、叶可溶组分中Cd的分配比例分别为51.9%~69.7%、45.4%~69.7%、52.5%~57.9%,根、茎、叶细胞壁中Cd的分配比例分别为26.0%~37.8%、24.4%~45.6%、36.8%~41.4%;随着Cd处理浓度的增加,细胞壁中Cd含量所占比例呈上升趋势,而可溶组分所占比例呈下降趋势。总的看出,黔产艾纳香对Cd胁迫具有一定的生理适应性,细胞壁对Cd的滞留和可溶组分对Cd的区室化可能是其主要的解毒机制。     

硅对镉胁迫下水稻幼苗体内镉分布规律的研究

采用溶液培养,研究不同浓度(0、30、80、130、180mg/L)的SiO2在4.0mg/LCdCl2浓度胁迫下对水稻幼苗体内镉(Cd)的分布规律。结果表明,在Cd胁迫下Si降低了水稻幼苗根、茎、叶、鞘、共质体和质外体Cd含量,其分布规律为:根茎叶茎鞘叶片,呈现出末端分布规律。说明Si促使大量的Cd累积在根中,根是Cd累积的主要部位,而茎、叶中Cd累积量较少。可见,Si可抑制水稻体内Cd由地下部分向地上部分运输,且能抑制地上部分Cd向叶片运输,并能减少Cd进入共质体。     

硒对水稻镉毒性的影响及其机制的研究

为探究外源四价硒[Se(Ⅳ)]对水稻镉(Cd)吸收和分布的影响,采用水培试验方法,参考稻田土壤淹水后硒的主要存在形态,研究外源Se(Ⅳ)对不同浓度Cd处理下水稻Cd吸收、转运的影响及其解毒机制。结果表明,在低浓度Cd处理(0.5μmol·L-1)下,外源Se(Ⅳ)对水稻Cd的积累和分布影响不显著,但在高浓度Cd处理(5.0μmol·L-1)下,外源Se(Ⅳ)会显著降低水稻对Cd的吸收和转运。不同浓度Cd处理均会增加水稻对Se的吸收,影响Se在水稻体内的分布,并且显著减少Se向地上部的转运。Cd、Se复合处理会导致水稻地下部非蛋白巯基(NPT)含量增加,同时改变Cd在地下部的亚细胞分布,使细胞壁组分的Cd含量上升,细胞可溶物质组分和细胞器组分的Cd含量下降,从而减少Cd向茎叶的转运,降低地上部的膜脂过氧化程度。由于试验所选用的水稻品种对Cd、Se抗性较强,不同处理下水稻地上部抗氧化酶活性与总抗氧化容量差异均不显著,且水稻生物量及表型特征也无显著差异。     

镉胁迫对巴西蘑菇镉亚细胞分布和非蛋白巯基的影响

本研究以不同浓度镉胁迫下的巴西蘑菇菌株J1（高Cd积累菌株）和J77（低Cd积累菌株）为实验材料，通过差速离心和酶联免疫法（ELISA），研究了菌丝生长、镉亚细胞分布、细胞内镉螯合相关的小分子非蛋白巯基化合物含量的变化以及小分子非蛋白巯基化合物代谢酶的活性，从细胞水平及酶学活性方面揭示了不同镉积累菌株对镉胁迫的响应机制。结果显示：随着外源添加镉浓度增加，2个菌株菌丝生长均受到抑制，出现大量气生菌丝，且J77气生菌丝多于J1； J1和J77菌丝中镉的分布规律均为细胞壁>细胞液>细胞器，表明细胞壁具有固持Cd²⁺的作用；菌株J77中谷胱甘肽硫转移酶（GST）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性均高于J1； J77和J1中植物螯合肽（PCs）和非蛋白巯基（NPT）含量变化趋势一致，表现出“低促高抑”；相关性分析显示，镉胁迫与GSH-Px活性呈正相关关系，NPT含量与PCs含量呈极显著正相关。巴西蘑菇菌丝体镉解毒机制包括细胞壁沉积和重金属分区，非蛋白巯基物质的合成，不同菌株对镉胁迫响应存在差异。     

镉胁迫下不同水稻品种镉的累积与分布差异

以不同水稻品种为研究对象,通过盆栽试验,探讨镉(Cd)胁迫下各品种收获期的Cd含量及分布,并筛选出高产和籽粒低Cd积累的水稻品种。结果显示,在Cd胁迫条件下,水稻体内Cd含量分布大致表现为根＞茎＞叶＞谷壳＞籽粒。Cd胁迫和无Cd胁迫对照比较,5个水稻品种中,籽粒Cd含量以甬优5550的增幅最低,其次是甬优538和深两优5867;而武运粳27和黄华占对Cd较为敏感,其中,武运粳27籽粒Cd含量显著（P<005）高于其他品种。在Cd胁迫条件下,除甬优538增产341%以外,其他品种均有不同程度的减产,其中受Cd胁迫影响减产最为严重的是黄华占,其次是武运粳27。     

镉胁迫下锌对水稻植物螯合肽合成的影响

以水稻品种9311为试验材料,采用水培试验研究了镉(Cd)离子胁迫下水稻幼苗根部和地上部生物量、重金属含量、植物螯合肽(PCs)及谷胱甘肽(GSH)含量的变化,及添加锌(Zn)离子对Cd胁迫作用的调节。结果显示,Cd胁迫降低了水稻生物量,下降幅度达27.6%~37.0%;随Cd处理浓度的增加,水稻根部和地上部PCs含量分别增加了93.7%和84.7%;Zn可以降低Cd胁迫水稻根部PCs和GSH的合成水平以及Cd的含量。一定浓度范围内,Cd-Zn高量表达PCs,PCs与重金属Cd结合,缓解了重金属Cd的毒害。     

外源柠檬酸杆菌对水稻镉吸收和亚细胞分布及生理特性的影响

为探究外源柠檬酸杆菌(Citrobactersp.)对水稻抗镉胁迫的影响，以在培养土中添加外源柠檬酸杆菌XT1–2–2菌悬液(处理组)和未加菌悬液(对照组)的盆栽水稻为研究对象，分析分蘖期水稻在3种Cd质量浓度(0、5、10 mg/kg)处理下XT1–2–2对Cd的吸收、转运、亚细胞分布及生理特性(可溶性糖和抗坏血酸)的影响。结果表明：与对照组相比，处理组水稻根、茎、叶的Cd质量分数均显著降低；Cd质量浓度为0、5mg/kg时，根茎间的转运系数也显著低于对照组的；处理组水稻根中的细胞壁、细胞膜和可溶性部分的Cd质量分数均显著低于对照组的，根系细胞壁中Cd分配比例增加，可溶性部分Cd分配比例降低；菌株XT1–2–2处理的水稻茎、叶中的可溶性糖的质量分数显著低于对照组的，而抗坏血酸的质量分数显著高于对照组的，且随Cd处理质量浓度的增加，抗坏血酸的质量分数逐渐增加。综上所述，加入外源柠檬酸杆菌XT1–2–2可以降低分蘖期水稻各组织对Cd的吸收，影响Cd在根茎间的转运以及Cd在根系亚细胞内的分配比例，降低茎、叶中的可溶性糖的质量分数，增加茎叶中的抗坏血酸的质量分数，进而有效增强水稻对Cd的抗性...     

硫对水稻幼苗镉积累特性及亚细胞分布特征的影响

为探明硫对水稻幼苗镉积累特性及亚细胞分布特征的影响, 进行水培试验。以高镉积累水稻品种T优705和低镉积累品种湘早籼24为材料, 研究硫对水稻幼苗吸收累积镉的影响及其植株体内亚细胞分布的变化。结果表明, 当施硫水平为2.8 mg·L^-1时, 2个品种根系和地上部分的镉含量均显著降低;当施硫浓度为0.3 mg·L^-1时, 只有湘早籼24根系中的Cd含量显著降低(P<0.05)。施硫可显著降低水稻根系中的镉向地上部分转移, 增加水稻地上部细胞壁中的Cd分配比例, 降低胞液中的Cd分配比例。与根系相比, 地上部的Cd积累量更容易受到施硫水平的影响。因此, 针对不同品种, 在水稻苗期合理施硫可有效地缓解Cd毒害。     

碱蓬和滨藜对镉和钠吸收、转运及亚细胞分布特性的比较研究

采用水培试验方法,比较了不同类型盐生植物碱蓬和滨藜的Cd耐性,研究了两者对Cd和Na的富集规律及亚细胞水平上的Cd解毒机制差异。结果表明,Cd胁迫下碱蓬和滨藜的根长、株高及干重等均受到不同程度的抑制,两者的表观毒害症状及对Cd的响应敏感度也存在明显差异;根系耐性指数可以作为评价两者Cd耐性的指标,碱蓬表现出更强的Cd耐性。另外,除1μmol·L-1Cd胁迫下,碱蓬根表的单位面积Cd吸附量均显著高于滨藜;两者吸收的Na大量转运至地上部,吸收的Cd则主要富集在根部,但碱蓬对Cd的转运能力比滨藜弱。亚细胞分布分析发现,两种盐生植物各器官中Cd均主要分布于细胞壁,其次为胞液;细胞壁的固定为两者亚细胞水平上的主要Cd解毒机制,且碱蓬不同器官细胞壁的固定能力比滨藜强,根部Cd亚细胞分布特性对Cd从根部向地上部转运有显著影响。Cd胁迫除产生直接毒害外,也影响碱蓬和滨藜地上部及根部的Na含量,干扰了两者不同器官及亚细胞水平上的正常Na稳态。     

镉在黄瓜幼苗中的化学形态及亚细胞分布

为探究黄瓜幼苗对镉的吸收累积特性,将黄瓜幼苗置于6种镉浓度梯度(0、10、50、100、200、300μmol·L~(-1))营养液中培养17 d,测定黄瓜幼苗地上部和根部的镉含量以及镉在叶片的亚细胞分布和其化学形态分布。结果表明:随镉浓度升高,转移系数逐渐降低,黄瓜由根向地上部对镉的转运能力减弱。时间或浓度处理均会显著增加黄瓜叶片各亚细胞组分镉含量,镉的富集比例趋势表现为可溶性部分细胞壁细胞器,其中可溶性部分镉含量占44.88%～84.94%,远大于细胞器(3.10%～17.05%)与细胞壁(11.20%～39.66%)。相同时间下,随镉处理浓度的增加,镉在细胞壁组分占比先升高后降低,可溶性部分镉的占比先降低后升高。同时随着处理时间延长,细胞壁组分镉占比降低,可溶性部分镉占比升高。黄瓜叶片中NaCl提取态镉占比最高(33.69%～54.23%),但随着镉浓度提高,乙醇提取态、H2O提取态镉占比升高。当镉浓度达到300μmol·L~(-1)时,黄瓜叶片中的镉形态以乙醇提取态、H2O提取态和NaCl提取态占优势。总的来看,在器官水平上,黄瓜通过限制镉由根部向地上部传递的方式,降低镉对黄瓜地上部的毒害;亚细胞水平上,细胞壁对镉的吸持和液泡区室化是黄瓜对镉胁迫下的重要解毒方式,其中以液泡的区室化占主导位置;在化学形态分布上,镉的化学形态转化也是黄瓜应对镉胁迫的重要耐性策略。     

三个品种茶树氟富集特性及其在亚细胞中的分布

【目的】研究茶树对氟吸收、富集规律及其解毒机理。【方法】通过水培试验,结合差速离心方法研究平阳特早、乌牛早和凫早2号氟富集的特性及根和叶片中氟的亚细胞分布,比较不同品种之间的差异。【结果】3个品种茶树根、茎和叶氟含量均随着培养介质氟浓度的增加而升高,0—10 mg•L-1氟处理下,地上部分氟含量大于根部氟含量（转运系数＞1）,且茶树吸收的氟中56%贮存在地上部分。除对照组外,大部分氟积累在叶片和根系的细胞壁（76.84%—91.58%）和可溶性部分（53.24%—80.35%）,氟的添加均增加了氟在3个品种茶树细胞壁和可溶性部分中的分配比例,减少了其在细胞器中的富集。加氟处理下,平阳特早和乌牛早叶片亚细胞组分氟含量的变化趋势为：细胞壁＞可溶性部分＞细胞器;凫早2号为可溶性部分＞细胞壁＞细胞器。低氟（0—5 mg•L-1）氟处理下,茶树根系亚细胞氟含量变化趋势为：细胞器≥细胞壁＞可溶性部分;高氟（10—50 mg•L-1）氟处理下,则为细胞壁＞可溶性部分≥细胞器。【结论】转运系数、地上部分氟的贮存率和氟在亚细胞组分的分布表明,茶树具有较强的向上运输氟的能力;氟在茶树根和叶中的亚细胞分布与茶树的品种和溶液氟处理的浓度有关,叶片中总氟含量与各亚细胞组分氟含量之间及其各亚细胞组分氟含量之间的关系与品种有关,根系表现与品种无关;细胞壁和可溶性部分是茶树高氟处理下氟主要的存储部位,说明细胞壁沉淀和细胞内的区隔化作用可能是茶树能够解除氟毒的重要原因。     

喷施不同形态锰肥对叶用油菜镉累积及亚细胞分布的影响

为探明喷施锰肥对叶用油菜累积镉的调控作用,采用盆栽试验,研究喷施不同浓度的MnSO_4、Mn(CH_3COO)_2和EDTA·Na_2Mn对两种叶用油菜(Cd低积累品种华骏和普通品种寒绿)生物量以及Cd和Mn含量的影响,并通过分析Cd在叶用油菜体内的吸收转运规律以及亚细胞分布特征揭示其作用机理。结果表明,喷施3种形态Mn肥对Cd低积累叶用油菜地上部和根部生物量无显著影响,喷施高浓度Mn(CH_3COO)_2和EDTA·Na_2Mn显著降低普通叶用油菜地上部生物量。喷施MnSO_4和Mn(CH_3COO)_2处理降低叶用油菜Cd含量、提高Mn含量的效果明显优于EDTA·Na_2Mn处理,其中,0.4 g·L~(-1)Mn的MnSO_4和0.2 g·L~(-1)Mn的Mn(CH_3COO)_2处理降低Cd低积累叶用油菜地上部Cd含量的效果最佳,可使其分别降低29.2%和31.0%。喷施Mn肥显著降低叶用油菜总Cd累积量,使Cd转运系数显著升高,叶用油菜地上部Cd含量与总Cd累积量呈极显著的相关性(P0.01),而与Cd转运系数则无显著相关性。Cd和Mn在叶用油菜地上部主要分布在细胞可溶组分中,其次为细胞壁。喷施Mn肥后,Cd和Mn在细胞壁组分的分配比例降低,在可溶组分的分配比例升高。总之,喷施0.4 g·L~(-1)Mn的MnSO_4和0.2 g·L~(-1)Mn的Mn(CH_3COO)_2可以显著降低低积累叶用油菜地上部Cd含量,提高其Mn含量,同时不影响叶用油菜生长,是保障Cd低积累叶用油菜安全优质生产的较好措施。     

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。