曼陀罗对镉的吸收及其亚细胞分布研究

为研究曼陀罗对重金属镉的耐性机制，以前期筛选的曼陀罗（Datura stramonium L.）为试验材料，通过水培方式探究镉（Cd）胁迫下曼陀罗对Cd的吸收累积特性及其在植株体内的亚细胞分布特征。结果表明：介质中Cd无论低浓度还是高浓度，曼陀罗各部位的Cd含量都表现为根 > 茎 > 叶，但迁移系数差异不显著。曼陀罗根系Cd²⁺流速在不同位置具有显著差异，其中分生区和伸长区的Cd²⁺流速显著大于根冠区和成熟区。当介质中Cd浓度由0.1 mg·L^-1增至2.5 mg·L^-1时，细胞壁和细胞液中Cd含量之和所占比例显著增大。研究表明，曼陀罗根系对Cd²⁺的吸收主要集中在分生区和伸长区，当介质中Cd浓度较低时，根系中细胞壁对Cd向上运输的限制及茎叶中细胞液对Cd的区室化起重要的作用；当Cd浓度较高时，根部细胞各组分中细胞液所占比重增加，Cd由根系向上迁移，此时茎叶中细胞壁对Cd的固定作用增强，其可能是曼陀罗耐受高Cd胁迫的机制之一。     

不同基因型番茄幼苗对镉胁迫的生理响应及镉吸收差异

采用盆栽试验,通过研究不同浓度镉(1、5、10mg·kg-1)胁迫下4种基因型番茄圣粉1号、东圣1号,农城906和宝冠1号幼苗地上部及根部生物量、镉吸收量、活性氧含量(ROS)及其他生理指标,筛选出镉低积累基因型番茄品种.结果表明,不同基因型番茄对镉胁迫响应存在差异.随镉处理浓度增加,4个品种番茄幼苗地上部生物量显著下降(P<0.05).地上部Cd吸收量呈增加趋势,在中浓度(5 mg·kg-1)镉处理下达到峰值,品种间为宝冠1号>圣粉1号、农城906>东圣1号.4个品种番茄幼苗Cd转移率随镉处理浓度增加显著降低,其中东圣1号Cd转移率较低,根部Cd滞留较多,向地上部转移较少.4个品种番茄幼苗生理活性存在差异,宝冠1号番茄幼苗ROS含量及抗氧化酶(POD,CAT)活性随镉处理浓度增加变化幅度较大,东圣1号变化幅度相对较小.综合各项指标,4个基因型番茄中东圣1号为镉低积累品种.     

不同基因型甘蓝对镉胁迫的响应

采用盆栽土培法,研究了31个甘蓝品种对镉(Cd)的耐性及对镉吸收和积累的差异。结果表明,在100 mg.kg-1Cd处理下,不同基因型甘蓝的耐性及吸收、积累镉能力具有显著差异。Cd对甘蓝地上部干重抑制率为-15.4%~91.3%,镉对地上部的抑制作用大于根系。甘蓝根系Cd含量为617~1 789 mg.kg-1,地上部Cd含量为47~183 mg.kg-1,根系Cd含量显著高于地上部。每盆根系Cd积累量为16~134μg,地上部为17~242μg。根系Cd含量与地上部干重的抑制率呈显著的正相关。     

不同基因型甘蓝对镉胁迫的响应

采用盆栽土培法,研究了31个甘蓝品种对镉(Cd)的耐性及对镉吸收和积累的差异.结果表明,在100mg&#183;kg-1 Cd处理下,不同基因型甘蓝的耐性及吸收、积累镉能力具有显著差异.Cd对甘蓝地上部干重抑制率为-15.4%～91.3%,镉对地上部的抑制作用大于根系.甘蓝根系Cd含量为617～1789 mg&#183;kg-1,地上部Cd含量为47～183 mg&#183;kg-1,根系Cd含量显著高于地上部.每盆根系Cd积累量为16～134μg,地上部为17～242μg.根系Cd含量与地上部干重的抑制率呈显著的正相关.     

不同水稻品种对镉的积累及其动态分布

选取10个水稻品种进行大田试验,研究了不同水稻品种对Cd的积累特征及其动态分布规律。结果表明：成熟期水稻不同部位Cd积累规律为根系>茎叶>稻壳>糙米。常规稻根系Cd含量在幼苗期最低,分蘖期最高,而杂交稻生长周期小于120 d的水稻根系Cd含量最大值出现在分蘖期,生长周期大于120 d的水稻根系Cd含量最大值出现在成熟期。水稻茎和叶中Cd的含量呈先升高后降低再升高的趋势,在成熟期达到最高值。不同品种水稻糙米内Cd的含量范围为0.21~1.53 mg·kg-1 ,Cd含量相对较低的常规稻和杂交稻分别为湘早籼42和T优705,均接近或超过国家粮食卫生标准限值（0.2 mg·kg-1）。     

锌镉互作对水稻幼苗镉和矿物质积累的影响

研究分析了在浓度梯度的Zn×Cd胁迫下两个水稻品种黄华占和IR68144幼苗根部和地上部Cd和矿物质的积累特征.结果表明:(1)随着营养液Cd2+浓度的上升,黄华占和IR68144根部和地上部的Cd含量都大幅增加.中等浓度的Zn2+能有效地减少高浓度Cd胁迫时水稻根系对Cd的吸收,但低浓度Cd胁迫时表现为协同吸收,而高浓度Zn2+则主要促进Cd的吸收.中等浓度的Z2++在一定条件下也能有效减少水稻地上部的Cd积累量,但其作用与Cd2+浓度和水稻基因型都有关,而高浓度Zn2+则完全表现为促进Cd的积累.(2)黄华占和IR68144根部和地上部的Zn含量都随着营养液Zn2+浓度的提高而增加.Cd对水稻Zn积累的影响与Zn2+浓度和基因型都有关,但大多数情况下Cd胁迫明显降低了水稻对Zn的积累.(3)在正常Zn2+浓度(0μmol/L)营养液中,Cd2+浓度上升时,黄华占和IR68144根部Fe积累量都保持相对平稳,但两者地上部Fe积累量明显持续降低;两品种根部Mn含量都不断增加,但黄华占地上部Mn积累量持续下降,而IR68144中保持平稳.Zn×Cd互作对水稻Fe积累的影响在根部主要表现为促进作用,在地上部则主要显示出抑制作用,但两品种的Mn积累量表现出复杂的Cd2+、Zn2+浓度和基因型相关性.说明锌镉互作能有效调控水稻幼苗对镉的吸收与转运,但其互作效应与Zn2+和Cd2+浓度有关,且表现出明显的基因型差异;同时还改变了水稻幼苗中锌、铁、锰等的积累.     

镉胁迫下杞柳对金属元素的吸收及其根系形态构型特征

采用水培方法,研究了杞柳(Salix integra)2个品种在0-90 μmol/L Cd处理下不同组织对Cd的吸收和积累规律,探讨了镉胁迫下杞柳根系形态学功能响应特征以及对矿质离子吸收的影响。结果发现,镉在杞柳2个品种不同组织的含量均表现为根>韧皮部>木质部>叶。2个品种地上部组织对镉的吸收和积累规律相似:在0-70 μmol/L Cd处理浓度范围内,随着溶液Cd浓度的增加,叶、木质部、韧皮部中镉的含量逐渐增加,到50 μmol/L时,镉在地上部组织的含量达到最高,当Cd处理浓度达90 μmol/L时,地上部各组织中Cd含量出现下降趋势。而2个品种根系对Cd的吸收则不同,"微山湖"品种在溶液Cd达70 μmol/L时,根系镉的积累量最大,在90 μmol/L时,根系Cd的积累量明显下降;"一枝笔"品种根系在0-90 μmol/L范围内,根系Cd的积累量均为增加趋势。通过分析2个品种根系形态学参数变化发现,Cd胁迫抑制了杞柳2个品种根的伸长,促进了"微山湖"品种根的径向生长,导致根系平均直径增加;进一步对叶片矿质营养状态分析发现, Ca、Mn的吸收受镉胁迫的影响较大,在高浓度镉胁迫下(50-70 μmol/L)"微山湖"和"一枝笔"对Ca和Mn的吸收明显下降;Cd胁迫对Fe在叶片的含量影响不明显;同时发现,在50 μmol/L Cd处理下,Cu²⁺在叶片的积累明显增加。由此可见,杞柳2个品种间对镉的吸收和积累差异主要体现在根系,地上部对镉毒害的响应差异不大。     

镉胁迫下两种水稻GSH和GST应答差异的研究

还原型谷胱甘肽(GSH)和谷胱甘肽转硫酶(GST)是水稻解毒系统中的重要组成部分.采用水培法研究了耐性不同的两种水稻(特优559和K优818)在不同程度镉(Cd)胁迫下GSH和GST的变化情况.结果表明,Cd处理导致两种水稻生物昔减少、Cd吸收积累增加,水稻根部Cd含量和积累量均高于地上部,但Cd从水稻根部向地上部的转运存在明显的种间差异,耐性较弱的特优559的Cd转移率(S/R)随处理Cd浓度提高而上升,而耐性较强的K优818则恰好相反,将Cd更多地钝化在根部.两种水稻GSH和GST的变化趋势也有所不同,Cd胁迫使特优559的GSH含量和GST活性显著增加,而K优818的GSH在低浓度Cd处理时出现了小幅下降,但其GST活性变化与特优559相似,根部增幅更为显著.以上结果说明,水稻GSH和GST在Cd解毒和钝化过程中发挥了重要的作用,而且其应答机制存在着一定的基因型差异,这可能与两品种GST同功酶的组成、表达和功能不同有关.     

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。     

非选择性阳离子通道对水稻幼苗镉吸收转运特性的影响

以高积累和低积累Cd的两种水稻幼苗为材料,对非选择性阳离子通道(NSCCs)在Cd吸收转运过程中的作用进行了研究。结果表明,水稻根系和地上部对Cd的吸收均存在高、低亲和两种转运系统,高积累品种幼苗的Cd吸收转运效率明显高于低积累品种;NSCCs在水稻Cd吸收转运过程中发挥了重要作用,对地上部Cd积累量的贡献率大于根系。在Cd浓度为0.1 mg·L-1的处理下,NSCCs对低积累水稻幼苗地上部Cd积累量的贡献率高达93.5%,显著高于对高积累品种的贡献率。环境中的Cd浓度越高,NSCCs的贡献率越低。NSCCs可能是水稻高亲和转运系统的重要组成部分,能将低浓度的Cd有效转运到地上部。     

非连续时空统计条件下土壤中Cd有效态含量与全量的相关性分析

以全国重点区域土壤环境质量数据库为数据源,依据pH值、有机质含量、阳离子交换量筛选出时间、空间分布不连续的3组402个土壤样品,对土壤中Cd有效态含量与全量的相关性进行了统计分析。结果表明,在pH值5~6.5与有机质含量1%~2.5%、pH值5~6.5与有机质含量2.5%~4%、pH值7.5~8.5与有机质含量1%~2.5%和阳离子交换量均为15~30 cmol( ).kg-1的土壤条件下,土壤中的Cd有效态含量与全量之间均存在显著的相关性,其相关系数分别为0.937,0.652,0.372;以上3种土壤条件下均能在Cd有效态含量与全量之间建立起有意义的回归方程,分别为:Y=0.007 0.369X 0.164X2-0.043X3(R2=0.881,P<0.001);Y=0.01 0.619X?1.630X2 2.585X3(R2=0.475,P<0.001);Y=0.335-5.941X 39.123X2-78.075X3(R2=0.244,P<0.001)。相对人工控制条件下的盆栽试验而言,由于各回归方程来自自然条件下的大样本田间统计,对农业生产更具指导意义。     

镉处理对水稻镉安全材料的镉积累及转移特性的影响

采用土培试验,以前期筛选出的水稻Cd安全材料D62B为试验材料,普通材料Luhui17为对照材料,研究水稻Cd安全材料对Cd的转移特性以及不同叶位对Cd的积累差异。结果表明:在不同Cd处理浓度下,D62B生长受到了一定程度的抑制,且各器官生物量均随Cd处理浓度的增加而显著降低。在分蘖期、抽穗期和成熟期,当Cd处理浓度为8 mg·kg~(-1)时,D62B生物量分别较1mg·kg~(-1)Cd处理降低了43.74%、45.72%和40.24%。D62B地上部各器官Cd含量在不同生育期均显著低于Luhui17,且成熟期穗部Cd含量仅为Luhui17的44.52%~54.59%;D62B根系对Cd的滞留率在不同生育期均大于Luhui17,茎叶-穗的转移系数显著低于Luhui17。抽穗期,D62B上部3片功能叶(简称3片功能叶)的Cd含量在不同Cd处理下均显著低于普通材料Luhui17,其积累量则在4 mg·kg~(-1)和8 mg·kg~(-1)Cd处理浓度下显著低于Luhui17,分别为Luhui17的72.10%和78.00%,且倒2叶Cd积累量差异最大。据此认为,D62B根系对Cd较强的固持作用以及抽穗期3片功能叶低Cd积累量是其籽粒Cd含量较低的主要因素之一,这为后期水稻Cd低积累品种的培育及推广应用提供理论依据。     

不同改良剂对石灰性镉污染土壤的镉形态和小白菜镉吸收的影响

采用盆栽试验,分别在正常土壤(A)、低镉含量土壤(B)、高镉含量土壤(C)三种土壤上种植小白菜,研究4种改良剂(鸡粪、腐植酸、海泡石和生物炭)对小白菜生长、镉含量及土壤各形态含量的影响。结果表明,高施用量的鸡粪能显著提高小白菜的生物量,增加42.7%~79.8%。在B土壤中,除海泡石外,鸡粪、腐植酸和生物炭均增加小白菜地上部的镉含量;在C土壤中,4种改良剂对小白菜吸收镉均有促进作用。施入不同改良剂对土壤中镉形态的影响不同,在A土壤中镉主要以交换态和铁锰氧化态形式存在,在鸡粪和腐植酸处理下,土壤中镉主要以交换态和碳酸盐结合态形式存在,海泡石则增加了土壤中残渣态和有机态的比例。相关分析表明,小白菜镉含量与土壤中交换态镉、碳酸盐结合态镉、铁锰氧化态镉和有机态镉存在极显著正相关关系(P<0.01),与土壤总镉含量的相关性最好。     

三种有机物料组成性质及其对土壤Cd形态与水稻Cd含量的影响

为探讨有机物料对土壤Cd形态和水稻Cd含量的影响,于2017年5月至2017年9月在温室大棚进行水稻盆栽试验,在不同外源Cd浓度处理下,通过分析对照组(CK)及施加猪粪堆肥(PM)、腐殖土(HM)、污泥堆肥(CS)对水稻Cd含量的影响,探究有机物料活性组分差异与水稻Cd含量的关联性。结果表明:三种有机物料含氧官能团含量和极性大小顺序均为HMCSPM。施加三种有机物料都有利于缓解土壤Cd污染对水稻的生长毒害作用。外源Cd浓度为2 mg·kg~(-1)时,施用PM、HM和CS后的水稻籽粒Cd浓度较对照分别降低17.24%、32.41%和17.93%。且施用HM后,水稻籽粒Cd最高浓度为0.19 mg·kg~(-1),满足《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762—2017)要求。而在外源Cd浓度达到10 mg·kg~(-1)时,仅施加PM可使水稻籽粒Cd浓度降低,但仍不能达到食品安全标准要求。水稻籽粒Cd含量与土壤可交换态Cd及铁锰氧化物结合态Cd含量呈显著正相关关系,与水稻根Cd含量呈极显著正相关,含氧官能团丰富、极性大的HM降低土壤可交换态镉含量效果最好。有机物料主要通过改变土壤Cd赋存形态,降低水稻根系对土壤Cd的吸收富集,抑制Cd向籽粒转运,进而影响Cd在水稻体内含量。     

不同番茄品系吸收和积累镉能力的差异

[目的]研究不同番茄品系吸收和积累Cd能力的差异。[方法]采用水培和盆栽试验,研究不同Cd浓度胁迫下2种番茄品系不同组织器官(根、茎、叶)和果实Cd吸收量来筛选Cd低积累番茄品种。[结果]番茄是Cd敏感型的植物,外界Cd浓度的变化可引起体内Cd含量的变化,且呈正相关。不同Cd浓度胁迫条件下番茄各器官的Cd含量从大到小顺序为根、茎、叶、果实。[结论]低积累品种FB6中的Cd含量和变化幅度都低于高积累品种ZF6,可进一步用于番茄的无害化栽培。     

小麦耐受C_d胁迫的生理生化机制探讨

对比研究了6个耐Cd性不同的小麦品种对Cd的吸收、累积量、在细胞各组分的分布、几种酶活性及氨基酸含量的变化。结果表明，耐性小麦品种体内SOD、CAT及POD的活性可得以维持或提高，氨基酸合成加速，游离脯氨酸累积量增加，为其耐受Cd胁迫提供了物质基础。     

土壤Cd处理对大豆叶片激素含量的影响

采用土壤盆栽试验与高效液相色谱法（HPLC）分析测试技术,研究了不同浓度Cd处理对大豆生长及叶片生长素（IAA）、赤霉素（GA3）、玉米素（Z）和脱落酸（ABA）含量变化的影响。结果表明,当Cd处理浓度≤0.50mg·kg^-1时,对大豆株高及幼苗期地上部生物产量无明显影响,Cd浓度≥2.50mg·kg^-1时,则表现明显的抑制作用。Cd浓度≥0.50mg·kg^-1时,对大豆地下部及花荚期地上部生物产量即表现明显的抑制作用。Cd胁迫抑制大豆叶片IAA和Z的合成,当Cd处理浓度为0.25mg·kg^-1时,大豆幼苗期和花荚期叶片IAA和Z含量分别为对照的43.1%、75.5%和60.6%、32.6%,Cd浓度升高,抑制作用加强。Cd胁迫对ABA的合成则表现明显的促进作用,当Cd处理浓度为2.50mg·kg^-1时,幼苗期和花荚期叶片ABA含量分别为对照的13.6倍和3.86倍。对GA3合成的影响则表现为低浓度下的促进作用和高浓度下的抑制作用,即当Cd处理浓度为0.25mg·kg^-1时,幼苗期和花荚期叶片GA3含量均高于对照,分别为对照的150.2%和109.7%,Cd浓度增至2.50mg·kg^-1时,其含量则分别为对照的36.4%和75.2%。大豆幼苗期和花荚期叶片ABA/IAA、ABA/GA3及ABA/Z与Cd处理浓度之间均达到了显著或极显著的相关性,表明Cd胁迫不仅影响植物激素的含量,同时也影响激素间的比例和平衡。     

Cd对植物的氧化胁迫机理研究进展

土壤中的重金属污染尤其是镉(Cd)污染是目前全球关注的环境热点问题之一。Cd对于人体和动植物都是非必需元素,且有很强的毒性。Cd对植物的毒害机理研究相对人体和动物起步较晚,最近也逐渐成了重金属研究的焦点。越来越多的研究证实Cd对植物的毒害首先是作用于细胞内的氧化还原系统,造成活性氧(ROS)积累-氧化胁迫,进而引起一系列氧化还原反应,使抗氧化系统发生改变。本文回顾和总结了进入植物体内的Cd与植物的抗氧化系统关系的研究进展,详细阐述了其氧化胁迫的可能机理,并提出了新的研究方向。     

苎麻对镉毒害的生理耐性机制及外源精胺的缓解效应

采用盆栽试验方法，研究了不同浓度Cd胁迫下苎麻体内的生理代谢变化。结果表明，营养生长期苎麻对Cd的忍耐阈值为80mg·kg^-1左右，Cd胁迫在此浓度范围内时，苎麻叶绿素、类胡萝卜素和可溶性蛋白质含量均有不同程度的增加，且抗坏血酸-谷胱甘肽循环中四个关键指标值——还原型抗坏血酸和还原型谷胱甘肽含量、抗坏血酸过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶活性均上升，表明苎麻通过加速该循环清除活性氧，使植株避免氧化伤害；高于此浓度的Cd胁迫使苎麻抗氧化防御体系遭到破坏，生理代谢趋于紊乱。证明苎麻最适宜的外源精胺浓度为0．5×10^-4mol·L^-1,喷施该浓度精胺可显著提高不同浓度Cd胁迫下苎麻叶绿素、类胡萝卜素和可溶性蛋白质的含量，有效地抑制膜脂过氧化，极大地提高了谷胱甘肽与抗坏血酸的含量，同时使谷胱甘肽还原酶和抗坏血酸过氧化物酶的活性明显增强，从而使整个抗氧化循环高效运转，这对于增强苎麻对Cd的抗性是至关重要的。     

镉胁迫下柳枝稷的生理响应及耐镉性

为探明柳枝稷(Panicum virgatum L.)在镉(Cd)胁迫下的生理变化与耐性,选取柳枝稷低地型品种Alamo以改良Hoagland营养液培养,用CdCl_2 0μmol/L(CK)、5μmol/L、10μmol/L、20μmol/L和30μmol/L胁迫2周后收苗,测定柳枝稷株高、根长、含水量、生物量和叶绿素含量,并进行相关性分析。结果表明:随Cd浓度增加柳枝稷植株的增高、根系伸长及根含水量呈下降趋势;与CK相比,当Cd浓度在10μmol/L及其以上时,根系伸长和根含水量显著(P0.05)下降;Cd浓度在20μmol/L及其以上时,植株增高显著降低;生物量、茎叶含水量与叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量各处理间差异不显著(P0.05);Cd浓度与柳枝稷植株的增高、根系伸长、根含水量、茎叶含水量呈显著或极显著负相关,与生物量呈正相关但不显著。Alamo对Cd胁迫具有一定的耐性。