皂苷和小分子有机酸对污染土娄土中Cd的淋洗效果

【目的】使用生物表面活性剂(皂苷)、小分子有机酸(柠檬酸、苹果酸和草酸)对污染土娄土中的Cd进行淋洗,寻求各淋洗剂对污染土娄土Cd淋洗的最适条件,为强化植物修复重金属污染土壤提供参考依据。【方法】采用振荡淋洗批处理方法,研究皂苷、柠檬酸、苹果酸和草酸淋洗剂在不同时间、pH、浓度、淋洗次数、复合比条件下对污染土娄土中Cd的淋洗效果,用Sposito浸提法提取淋洗前后污染土娄土中的Cd,并分析其形态的变化。【结果】(1)0.01mol/L草酸对污染土娄土中Cd无淋洗作用;其他淋洗剂对污染土娄土中Cd淋洗的最适条件为:淋洗时间240 min,pH5.0,苹果酸、柠檬酸、皂苷淋洗的最适浓度分别为0.50,0.150,0.200 mol/L,对应最大的Cd淋洗百分率分别为39.86%,45.81%和17.4%;增加淋洗次数,可明显提高淋洗百分率。(2)皂苷与低浓度柠檬酸、苹果酸复配对污染土娄土中Cd的淋洗具有促进作用,当其物质的量之比分别为10∶3和4∶3时,对污染土娄土中Cd的复合淋洗效果最佳,Cd的淋洗百分率最大,分别可达37.09%,32.32%。(3)增加淋洗次数时,皂苷、柠檬酸、苹果酸促进了污染土娄土中各形态Cd的转变,土壤中碳酸盐结合态、有机结合态、硫化物残渣态Cd明显减少。【结论】皂苷、柠檬酸、苹果酸可用于强化植物修复重金属Cd污染土壤。     

综合降镉（VIP）技术对降低糙米镉含量的影响研究

以镉低积累型水稻品种湘晚籼12号为试验材料,采用随机区组设计,于2013年在长沙、衡南、湘潭和湘阴的12个试验点,比较了以VIP技术（V,Variety,选用低镉型水稻品种;I,Irrigation,优化水分管理;P,土壤pH值,施用石灰以提高土壤pH值）为主的5种控制技术在不同成土母质和土壤污染程度下的应用效果。结果表明,5种控制技术在各试验点的总效应中,以“VIP+Se”和“VIP+Se+Bi”的处理效果最为明显,其糙米镉含量均为0.15 mg/kg,与对照相比降镉效果显著。     

水稻重金属镉吸收和转运的分子遗传机制研究进展

镉是对人体健康具有高度毒害作用的重金属元素之一。人体摄入镉的主要来源是食用镉超标的稻米,因此研究水稻对镉吸收、转运、积累的遗传机制尤为重要。目前,虽然水稻镉积累的遗传通路尚未完全明晰,但已明确了一些重要基因在稻米镉积累过程中的调控作用。本文就镉胁迫对水稻的危害、水稻品种间镉积累量的变异、水稻镉积累相关QTL、水稻镉吸收转运相关基因的研究进展及其育种利用加以综述,探讨了未来研究的方向。     

镉胁迫下紫茉莉生物碱的化感效应

为探究镉（Cd）胁迫下外来入侵植物紫茉莉（Mirabilis jalapa L.）中生物碱对本地种的化感效应,采用室内水培和土培实验,运用超高效液相色谱（UPLC）技术测定Cd胁迫下紫茉莉根系分泌的生物碱含量,并研究水培紫茉莉根系分泌物、外源添加生物碱和土培紫茉莉根际土壤对2个本地种（萝卜和莴苣）种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明：水培条件下,1~3 mg·L^-1 Cd胁迫下紫茉莉根系分泌物中葫芦巴碱、小檗碱和巴马汀含量显著增加; 3 mg·L^-1 Cd胁迫下紫茉莉根系分泌物对萝卜和莴苣的抑制作用最强,其中萝卜种子萌发率和幼苗根长抑制率分别为25.17%和44.23%,莴苣为10.00%和40.44%,萝卜受到的抑制强于莴苣。外源添加生物碱对萝卜和莴苣幼苗生长的化感效应不同,小檗碱最低抑制浓度分别为0.1mg·L^-1和0.05 mg·L^-1,化感效应最强;巴马汀和药根碱均为0.25 mg·L^-1,化感效应次之;葫芦巴碱为100 mg·L^-1和50 mg·L^-1,化感效应最弱。Cd胁迫下种植紫茉莉的土壤在有菌和无菌时的化感效应也不同,除25 mg·kg^-1 Cd胁迫外,有菌土壤对萝卜和莴苣种子萌发和幼苗生长均产生不同程度的促进作用,且对莴苣的促进作用强于萝卜;而无菌土壤则产生抑制作用,5 mg·kg^-1 Cd胁迫对萝卜种子萌发和幼苗生长的最大抑制率分别为41.23%和48.54%,莴苣则为21.07%和15.25%。研究表明,在Cd胁迫下,紫茉莉水培和土培方式对本地种产生的化感效应不同,土培和有菌条件减缓了生物碱的化感效应,且当利用紫茉莉与本地种进行Cd污染农田土壤的间作修复时,莴苣所受的化感抑制较小,是较为合适的间作种类。     

土壤镉污染对芝麻生长及吸收累积的影响

芝麻土壤施镉的小区试验结果表明,土壤中镉低于1.2ppm有增产作用,高于2.0ppm则产生危害,土壤镉含量与芝麻籽粒产量和生物学产量符合一元二次方程。芝麻减产15％的土壤镉临界浓度为16ppm,籽粒镉含量达到食品卫生标准的土壤镉临界值为0.6ppm。植株镉累积系数为:根(1.13)>茎(0.84)>叶(0.45)>籽实(0.23)。大田植株镉累积系数为:根(1.35)>茎(0.61)>叶(0.39)>籽实(0.28)。芝麻年吸镉率为土壤镉的0.157％。     

Cadmium Accumulation and Its Toxicity in Brittle Culm 1(bc1),a Fragile Rice Mutant

Cadmium (Cd) accumulation and toxicity in rice plants were characterized and identified by using brittle culm 1 (bc1), a fragile rice mutant and its wild type (Shuangkezao, an indica rice) as materials by hydroponics. The low Cd level didn't obviously affect the growth parameters in both rice genotypes, but under high Cd levels (1.0 and 5.0 μmol/L), the growth of both rice plants were substantially inhibited. Moreover, bc1 tended to suffer more seriously from Cd toxicity than Shuangkezao. Cd accumulation in both rice plants increased with the increase of Cd levels. There was a significant difference in Cd accumulation between the two rice genotypes with constantly higher Cd concentration in bc1, which also accumulated more Cd at 0, 0.1, and 1.0 μmol/L Cd levels. The same case was found in the two rice plants grown on Cd-contaminated soil. This suggested that cell wall might play an important role in Cd accumulation in rice plants by the physiological mechanisms. The malondialdehyde (MDA) content, superoxide dismutase (SOD) and peroxidase (POD) activities in rice plants were affected differently under Cd treatments, and which implied that POD might play the main role in detoxifying active oxygen free radical. A significant difference in antioxidative system between the two rice genotypes was found with constantly higher MDA content, SOD and POD activities in bc1. In summary, bc1 accumulated more Cd and appeared to be more sensitive to Cd stress compared with its wild type.     

氯化铵和茶皂素单独与复合施用土壤中镉赋存形态的差异

为探讨氯化铵（NH₄Cl）和茶皂素（tea saponin, TS）对镉（Cd）赋存形态的影响,以矿区Cd污染农田土壤为试验材料,采用室内土壤培养方法,模拟不同剂量的无机氮肥NH₄Cl和TS单施及复合施加对Cd污染农田土壤理化性质及Cd有效性的影响。结果表明：单独施加NH₄Cl和TS促进了土壤中残渣态Cd向弱酸提取态及可还原态Cd的转化,提高了土壤中Cd的生物有效性,且高剂量（60 mg/kg）NH₄Cl施加要优于低剂量（20 mg/kg）NH₄Cl;NH₄Cl（40 mg/kg）和TS（4 mg/kg）复合施加同样促进了土壤中残渣态Cd向弱酸提取态Cd的转化,增加Cd的有效性,且增加效果等同于高剂量的NH₄Cl和TS单独施加。逐步回归分析表明,pH和Cl ^-是影响土壤中Cd有效性的2个关键因子。因此,在实际植物修复工作中可通过适当的农艺措施提高土壤Cl ^-降低土壤pH以增加植物对Cd的累积量。此外,低剂量的NH₄Cl配施TS可显著增加土壤中Cd的生物有效性,避免高施用量NH₄Cl引起的土壤环境恶化。     

有机和无机氮对东南景天生长和镉积累的影响比较

通过水培试验,研究了有机和无机形态氮对两种生态型东南景天生长和镉积累的影响.结果表明,无论在低镉(10μmol·L-1)还是高镉(100 μmol·-1)条件下,与对照(T1)相比,外加无机形态氮(尿素)均能显著提高两种生态型东南景天地上部的生物量和叶绿素含量(P＜0.05);在低镉条件下,外加无机形态氮只能显著提高超积累生态型东南景天地上部镉积累量和非超积累生态型东南景天根部镉积累量(P＜0.05),在高镉条件下,外加无机形态氮对两种生态型东南景天体内镉积累量没有显著影响(P＞0.05).而无论在低镉还是高镉条件下,与对照(T1)相比,外加有机形态氮(精氨酸)能显著降低超积累生态型东南景天根系的生物量和叶绿素含量(P＜0.05);在低镉条件下,外加有机形态氮能显著提高两种生态型东南景天体内镉含量(P＜0.05),在高镉条件下,外加有机形态氮对两种生态型东南景天体内镉含量没有显著影响(P＞0.05).     

外源镉在褐土中的迁移和形态转化

采用实验室土柱法和连续浸提法,研究了外源镉在褐土中的迁移和形态转化。结果表明:在水分不饱和的条件下,在外源镉进入褐土90 d后,没有从表土向15～30 cm土层迁移,而主要累积在0～15 cm层次;外源镉进入褐土30 d后,水溶态镉迅速向其他形态转化,各形态所占比例大小依次为交换态残渣态碳酸盐结合态铁锰氧化物态有机结合态水溶态。在其后的60 d,外源镉各形态的百分比随时间的推移没有发生明显的变化,其中交换态分别占总量的43.86%和44.68%,说明外源镉进入土壤90 d后大部分未转化为相对稳定的形态,对土壤—植物体系危害性很大。褐土对外源镉的吸附主要通过离子交换和络合(或螯合)作用,其中通过离子交换机制吸附的镉数量均高于通过络合(或螯合)机制吸附的镉数量。     

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）。