甜玉米自交系重金属Pb、Cd积累差异及分子检测

【目的】筛选获得在重金属Pb、Cd单一污染及复合污染下Pb、Cd低积累的优良甜玉米自交系,以及可用于甜玉米重金属Pb、Cd积累早代鉴定的分子技术。【方法】以10个甜玉米自交系为供试材料,通过盆栽试验研究重金属Pb、Cd单一污染及Pb、Cd复合污染下,玉米根系、茎叶和籽粒中Pb、Cd含量的积累差异;同时对供试材料ZmHMA2 InDel位点进行Pb、Cd积累差异分子检测,综合分子标记检测与重金属Pb、Cd在不同材料间的积累结果,筛选甜玉米重金属低积累自交系。【结果】无论是单一污染还是复合污染,重金属Pb、Cd的积累规律均表现为根系>茎叶>籽粒;在复合污染下,玉米不同组织对重金属Pb、Cd的积累无明显竞争与协同效应,表明玉米Pb、Cd的积累机制存在一定差异。通过鉴定,获得籽粒Pb低积累玉米自交系2份,籽粒Cd低积累玉米自交系3份,仅有一份材料闽甜系X901表现出籽粒Pb、Cd均低积累。利用InDel位点(InDel2307)对供试材料进行分子检测,结果发现供试材料中有4份存在该位点,含有该位点的材料中根系、茎叶和籽粒Cd含量平均值较其他材料平均值分别低1.801、0.64、0.131 mg·kg^(-1)。【结论】InDel2307位点能将不同玉米自交系按Cd累积量进行区分,对甜玉米Cd含量的区分具有特异性标记。综合分子标记检测与Pb、Cd含量积累结果,筛选出自交系闽甜系X901为Pb、Cd低积累材料。

银叶树对Pb、Cd、Cu污染模拟湿地的适应性和修复潜力

【目的】探究银叶树(Heritiera littoralis)对重金属污染湿地环境的修复潜力。【方法】以银叶树为研究对象,在盆栽条件下模拟湿地环境,以不添加重金属为对照(CK),探究T_(1)(50 mg·L^(-1)Pb+5 mg·L^(-1)Cd+100 mg·L^(-1)Cu)、T_(2)(100 mg·L^(-1)Pb+10 mg·L^(-1)Cd+200 mg·L^(-1)Cu)、T_(3)(200 mg·L^(-1)Pb+20 mg·L^(-1)Cd+400 mg·L^(-1)Cu)3个复合污染水平(处理)对银叶树幼苗生长、养分吸收及Pb、Cd、Cu累积量的影响。【结果】与CK相比,T_(1)对银叶树根部生物量无显著影响,而T_(2)、T_(3)显著抑制根部生物量生长,3个处理银叶树的株高、地上生物量、总生物量与CK无显著差异;T_(1)处理银叶树的耐性系数为103.96%,T_(2)、T_(3)处理分别降至95.18%、80.80%;3个处理银叶树的N、P、K吸收量无显著变化。随着重金属含量的提高,银叶树对Pb、Cd、Cu的吸收量均不断增加,且大部分储存在根部;3个处理银叶树对Pb、Cu的转运系数较对照均显著下降,对Cd的转运系数则呈现先上升后下降的变化趋势。熵权TOPSIS模型评价结果表明,T_(3)处理银叶树的修复潜力最好,T_(2)、T_(1)次之。【结论】银叶树对复合重金属污染湿地的适应性较高,但高浓度重金属显著抑制根系生长;在ρ(Pb)≤50 mg·L^(-1)、ρ(Cd)≤5 mg·L^(-1)、ρ(Cu)≤100 mg·L^(-1)的重金属污染湿地中,银叶树生长不受影响。

磷基及铁基钝化剂对Pb、Cd、As复合污染土壤的修复效果及其工艺条件优化

通过DTPA和Na HCO3浸提方法评价磷基、铁基钝化剂对Pb、Cd、As复合污染土壤的钝化修复效果。结果表明,磷基钝化剂中磷酸二氢钙对有效态Pb、Cd固定效果较好,35 d后其去除率分别为61%、38%;铁基钝化剂中以硫酸高铁对有效态As固定效果最好,28d后其去除率达74.6%。工艺条件优化结果表明,随磷酸二氢钙用量增加,土壤中有效态Pb、Cd含量明显下降;随硫酸高铁用量增加,对有效态As的固定效果明显增加,当硫酸高铁添加量为土壤中As总物质的量的3.06倍时,28 d后土壤中有效态As的去除率高达74.5%。土壤水分含量在最大田间持水量的60%~80%时,对有效态Pb固定影响不大,但均略高于最大田间持水量30%~50%时的Pb去除率;土壤水分含量在最大田间持水量的60%~80%时,有效态Cd固定效果较好。当磷酸二氢钙用量为土壤中Pb、Cd总物质的量的10倍,土壤水分含量为最大田间持水量的60%时,21 d后有效态Pb、Cd去除率分别达到93%和39%。铁基与磷基钝化剂复配可以同时固定土壤中的Pb、Cd、As。当Fe3＋与PO3-4物质的量的比为7.2∶1时,7 d后土壤有效态Pb、Cd、As去除率分别为99%、41%、69%。

Pb、Cd单一及复合污染对弯叶灰藓某些生理特性的影响

主要研究了Pb、Cd单一及复合污染对弯叶灰藓外部形态及总叶绿素含量的影响,结果表明:不同浓度的Pb、Cd对弯叶灰藓造成不同程度的伤害,随着Pb、Cd胁迫浓度的增加,弯叶灰藓表现出逐渐严重的伤害症状,总叶绿素的含量也随之下降,并且复合污染效应明显大于单一污染效应。

泥炭对Pb、Cd污染菜地土壤修复效果评价

珠江三角洲地区农田土壤重金属污染程度较为严重,泥炭作为一种富含有机质的碱性改良剂在修复重金属污染农田土壤方面具有很好的潜力.通过研究泥炭对珠三角地区Pb、Cd 污染菜地土壤修复效果开展的连续盆栽试验,从生态学角度对泥炭的修复效果进行综合评价.试验结果表明：泥炭可以提高0.25-1.61 个单位的土壤pH 值,增加土壤有机质含量,显著降低土壤中Cd 有效态含量.连续种植小白菜（Brassica chinensis）后泥炭处理的土壤Cd 有效态含量仍显著低于对照,对土壤修复持效性好;但对土壤Pb 有效态含量作用效果不显著.泥炭对小白菜有明显的增产效果,在种植第二茬时效果最明显,同时与对照比较泥炭处理显著降低小白菜中Cd 含量,但对降低小白菜中Pb 含量效果也不明显.泥炭可以显著提高土壤中微生物的活性和代谢多样性,种植小白菜后微生物活性提高更明显.综合判断,15 g·kg^-1 泥炭用量对修复珠三角地区Pb、Cd 污染菜地土壤效果最好而且持效性好.整体来看,泥炭对降低土壤中Cd 有效态含量的效果优于对Pb 的.

常压湿式消解/常压微波消解-原子光谱法测定近海海洋生物体中Cu、Pb、Cd与Hg、As

采用常压湿式消解、常压微波消解两种方法处理近海海洋生物体,以石墨炉原子吸收法测定Cu、Pb、Cd和氢化物发生原子荧光法同时测定Hg、As。实验表明,以常压湿式消解法处理生物体,其Cu、Pb、Cd回收率分别为92%、103%、105%,而Hg、As的回收率分别是52%、58%。以常压微波消解法处理生物体,其Cu、Cd、Hg、As回收率分别为86%、94%、112%、94%,但用于Pb的测定,其回收率严重偏低。常压湿式消解、常压微波消解分别被用于海洋生物体样品中Cu、Pb、Cd和Hg、As的测定,有较好的测定结果。

农产品中Zn、Cu、Fe、Pb、Cd、Cr、Hg、As的快速测定

建立了微波消解法一次前处理,电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)法、石墨炉原子吸收光谱(GF-AAS)法和氢化物-原子荧光光谱(HG-AFS)法相结合联合快速测定农产品中Zn、Cu、Fe、Pb、Cd、Cr、As、Hg等重金属元素的方法。ICP-AES法采用基体匹配法消除对Zn、Cu、Fe的干扰,GF-AAS法采用氘等扣背景和加入机体改进剂消除测定Pb、Cd、Cr的干扰,HG-AFS法采用加入硫脲和抗坏血酸消除同时测定As和Hg的干扰。该方法对7种元素的检出限分别为0.009,0.00024,0.0016,0.001,0.0001,0.001,0.0005,0.00004mg/L,RSD为2.2%～4.9%,白菜样品的回收率为95%～112%。

微波消解-等离子体发射光谱法同时测定巢湖水体中的Cu、Mn、Pb、Cd、Zn

采用微波消解-等离子体发射光谱法(ICP-AES)同时测定巢湖水体中的Cu、Mn、Pb、Cd、Zn。在逐级升压模式下,用HNO3和H2O2混合体系进行样品消解;优选出发射光谱仪的工作条件和待测元素的分析谱线,并讨论可能存在的干扰。实验结果表明,该法的检出限为0.2～3.5μg/L,RSD为0.75%～1.83%,加标回收率为97.4%～100.7%,结果令人满意。

电感耦合等离子体发射光谱法同时检测有机肥中的重金属——Pb、Cd、Cr、As

建立了电感耦合等离子体发射光谱法同时测定有机肥中铅、镉、铬、砷四种痕量重金属元素的分析方法。实验结果表明,四种元素在0.05~0.25 mg/kg范围内线性关系良好,相关系数均达到0.9999以上,相对标准偏差在0.20%~5.37%之间,回收率在95.67~100.60%之间,方法准确高效,易于操作,满足实际检测需求。

Ni、Pb、Cd复合胁迫对匍灯藓生理特性的影响

以匍灯藓(Plagiomnium cuspidatum(Hedw.)T.Kop.)为材料,通过土培法探究Ni、Pb、Cd胁迫对苔藓光合系统、抗氧化系统的影响。结果表明:(1)随着处理重金属浓度的增加,匍灯藓叶绿素含量显著性下降(p<0.05),并且苔藓对Ni+Pb和Pb+Cd处理更为敏感。(2)在不同重金属处理下,AsA含量的增加趋势是Ni+Pb>Ni>Ni+Pb+Cd>Cd+Ni>Pb>Pb+Cd>Cd。(3)Ni、Pb、Cd单种元素处理和Ni+Pb处理的苔藓SOD活性,在低浓度下升高,在高浓度下降低;其余处理方式下SOD活性呈下降趋势,下降速率较快的是Ni+Pb+Cd和Cd+Ni处理。POD和CAT活性均随着胁迫浓度的增加而下降;当处理方式为Ni+Pb+Cd且浓度为160mmol/L时,POD活性最低,比对照组下降了98.39%;CAT活性在Ni+Pb处理时下降速率最快。PPO活性仅在Ni+Pb+Cd处理时出现高浓度抑制现象;其余相对于对照组都增加,而且2种元素处理的增加量明显大于单种元素处理。匍灯藓的抗氧化体系中对Ni、Pb、Cd复合处理的抵抗起关键作用的是AsA和PPO,可作为藓类植物受Ni、Pb、Cd复合胁迫的敏感生理指标。

有机肥对Pb、Cd污染下马铃薯生长及土壤酶活性的影响

采用土培盆栽试验研究基施有机肥对w(Pb)为900 mg·kg^(-1)、w(Cd)为5 mg·kg^(-1)胁迫下马铃薯植株形态、叶片生理和根际土壤酶活性的影响,探讨有机肥对马铃薯Pb、Cd毒害的缓解作用。结果表明:(1)Pb、Cd污染下,底施有机肥对马铃薯生长起促进作用。块茎成熟期,马铃薯根际土壤中脲酶活性、过氧化氢酶活性和蔗糖酶活性分别比未施有机肥处理增加70.9%、5.6%和58.6%,马铃薯叶片SOD活性和叶绿素含量分别增加4.7%和9.6%;(2)成熟期Pb、Cd复合污染下底施有机肥处理马铃薯叶片SOD活性和叶绿素含量比Pb单因素污染分别低12.7%和4.1%,比Cd单因素污染分别低8.4%和14.7%;(3)Pb、Cd污染下,底施有机肥处理马铃薯平均株高和产量比未施有机肥处理分别增加32.7%和40.8%,块茎中Pb和Cd平均累积量分别减少87.4%和16.7%。试验结果表明马铃薯底施有机肥对Pb、Cd胁迫均有较明显的缓解效应。

有机酸对Pb、Cd的土壤化学行为和植株效应的影响

有机酸对Pb、Cd的络合作用将其对土壤吸附Pb、Cd的影响和植株效应差异的研究表明 ,柠檬酸、草酸与Pb、Cd络合能力的大小与重金属本身的性质有关 ,络合作用影响土壤对Pb、Cd的吸附量 ,柠檬酸降低土壤对Pb、Cd的吸附 ,草酸则增加土壤对Pb、Cd的吸附 .水培试验表明 ,柠檬酸可减轻Pb对小麦、水稻幼苗的毒害 .柠檬酸对Cd的植株外观毒性效应影响不显著 ,但能促使植株茎叶、根中Cd含量下降 .Pb和Cd复合处理条件下 ,Cd存在促使水稻植株对Pb吸收量增加 ,Pb存在抑制水稻植株对Cd的吸收 .

发酵鸡粪和有机磷肥对土壤中Pb、Cd污染的影响

研究了湘西地区常用的发酵鸡粪和有机磷肥施用对不同程度Pb、Cd复合污染土壤中乙三胺五醋酸(DTPA)提取态Pb(DTPA-Pb)、DTPA提取态Cd(DTPA-Cd)和土壤酶的影响,并研究了对于种植黑麦草(Lolium perenne L.)的影响。结果表明:(1)施用发酵鸡粪和有机磷肥均能显著改善土壤酸性,一定程度上提高土壤有机质含量。在加入质量浓度200mg/kg总Pb、2mg/kg总Cd复合污染土壤中施用有机磷肥,能有效钝化土壤DTPA-Pb、DTPA-Cd,但在400mg/kg总Pb、4mg/kg总Cd复合污染土壤中钝化效果有限,其优先钝化DTPA-Pb。施用发酵鸡粪不能有效钝化土壤DTPA-Pb、DTPA-Cd。(2)施用发酵鸡粪和有机磷肥均显著提高黑麦草鲜重。虽然施用有机磷肥能更有效的钝化土壤DTPA-Pb、DTPA-Cd,但对于黑麦草种植而言,施用发酵鸡粪能更有效的降低其对Pb和Cd的积累,并且主要积累到根部。(3)施用发酵鸡粪对土壤碱性磷酸酶活性、脱氢酶活性和脲酶活性有显著的促进作用。综合而言,湘西地区种植牧草黑麦草,施用发酵鸡粪比较合适,能有效改善土壤酸性,提高黑麦草鲜重和土壤酶活性,降低黑麦草对Pb和Cd的积累。

Pb、Cd污染胁迫对大羽藓超微结构的影响

大羽藓在Pb、Cd溶液中培养7d后,观察其超微结构的变化发现:Pb、Cd胁迫使得细胞的超微结构遭到破坏,如叶绿体的外膜破裂,不连续,甚至完全消失;类囊体片层膨胀,或高浓度培养中叶绿体完全解体;线粒体外膜断裂或消失;细胞核被膜破坏,染色质凝聚,核质解体.仅在Cd100mg/L的培养中观察到内质网断裂呈片段状.同时在Pb的培养中发现了大量的黑色颗粒,而在Cd的培养中却未发现.

长沙城郊农田土壤重金属Pb、Cd的生态风险评价研究

采集长沙城郊18个乡镇513个农田土壤样点,运用模糊综合评价法和层次分析法从农田土壤重金属Pb、Cd的含量、土壤理化特性(pH值、有机质、碱解氮、有效磷)、土壤区位特征(土壤采样点离城镇的距离、离建设用地的距离、离河流的距离、离农村居民点的距离)3个方面选取评价指标,建立农田土壤重金属Pb、Cd的生态风险评价模型,并根据生态风险指数值(ERI)将生态风险等级划分为四级(Ⅰ级ERI>0.70、Ⅱ级0.6<ERI≤0.70、Ⅲ级0.4<ERI≤0.60、Ⅳ级ERI≤0.40)。结果表明,22.9%的土壤样点生态风险指数为Ⅲ级和Ⅳ级水平,具有较高的生态风险,主要分布在河流、城镇、建设用地和农村居民点的聚集区。根据各乡镇生态风险等级的差异,划分农田土壤重金属Pb、Cd的高、中、低生态风险区。农田土壤重金属的生态风险评价与分级、分区是建立农田土壤重金属生态风险防控体系的必要手段,可为农田土壤的科学合理利用提供参考。

大羽藓(Thuidium cymbifolium)对Pb、Cd污染的指示与累积作用研究

在不同浓度的Pb、Cd溶液中培养 1 5d后 ,随着培养浓度的增加 ,大羽藓表现出不同程度的伤害症状 ,主要是植株体失绿 ,到高浓度时开始死亡。测定藓体内的Pb、Cd含量 ,结果表明 :大羽藓对Pb、Cd有较强的吸收累积能力 ,特别是对Pb的累积。Pb、Cd的累积量随着培养浓度的增大而增加。对复合污染的研究显示出 :复合污染中Pb、Cd累积量远远大于单一污染 ,Pb。

喜旱莲子草对Pb、Cd胁迫响应的研究

采用营养液培养法,以喜旱莲子草为对象,选择重金属Pb在浓度梯度0,0.1,10,50,100和200 mg/L条件下,Cd在浓度梯度0,0.01,1,10,20和40 mg/L条件下,研究了不同浓度Pb、Cd单一及复合胁迫对喜旱莲子草生长的影响。结果表明,在试验条件下,对单一Pb及Cd对喜旱莲子草生长及生理影响而言,与对照相比,当Pb处理浓度为0.1 mg/L时,植物最高株高和最长根长分别增加了3.8%和15%。随着Pb处理浓度增加到200 mg/L时,植物生长受到明显抑制,茎叶株高呈显著下降。当Cd处理浓度为1 mg/L时,与对照相比,植物最高株高和最长根长分别增加了9.0%和10.0%,随着Cd处理浓度增加（20~40 mg/L）,植物生长受到明显抑制,茎叶株高呈显著下降。随Pb和Cd处理浓度增加,喜旱莲子草叶绿素含量呈下降趋势,POD活性先升后降,MDA含量呈上升趋势,植株体内Pb、Cd积累量呈上升趋势。在研究Pb、Cd对喜旱莲子草生长及生理胁迫的基础上,选择Pb、Cd不同配比浓度,探讨其对喜旱莲子草的复合胁迫作用,研究植物对重金属Pb、Cd富集特性,结果表明,低浓度Pb、Cd处理表现出相互促进吸收富集,高浓度处理表现出相互抑制吸收富集的特性。

植被恢复对退化红壤表层土壤颗粒中有机碳和Pb、Cd分布的影响

采用原状土壤水稳性团聚体分离方法提取不同粒径的土壤颗粒 ,测定其有机碳及重金属元素 Pb、Cd的含量 ,研究了退化红壤在植被恢复下表层 (0～ 1 0 cm和 1 0～ 2 0 cm)土壤颗粒中有机碳与重金属分布及其关系。这些土壤颗粒中有机碳和重金属元素 Pb、Cd的含量范围分别介于 7.5～ 1 5 g/ kg,1 1～ 2 0 mg/ kg和 2 0～ 70μg/ kg,且粒组间有显著差异。尽管所测组分的含量以 <0 .0 0 2 mm粒组中最高 ,但 2～ 0 .2 5 mm的粒组占其总量的 5 0 %左右 ,其次约 2 0 %存在于 0 .2 5～0 .0 2 mm粒组中。以土壤粒组中分量而言 ,有机碳和所测的重金属元素间有密切的依存关系。与荒地相比 ,植被恢复措施降低了各土层 2～ 0 .2 5 mm粒组中 Pb的含量和分量 ,但提高了 0～ 1 0 cm土层 Cd的含量和分量。在所研究的几种处理中 ,玉米 -包菜处理显著地促进了有机碳和重金属在各颗粒粒组中的均衡分布。因此 ,退化红壤植被恢复措施改变了土壤颗粒中有机碳和重金属的分布 ,因而可能影响着土壤环境中有机碳和重金属的形态及其活性。

不同蒸腾作用对番茄幼苗吸收Pb、Cd的影响

蔬菜中重金属污染是人们关注的热点问题之一,其中Pb、Cd的污染在我国种植蔬菜的土壤中较为突出,蔬菜对Pb、Cd的吸收除了受到土壤中Pb、Cd含量的影响之外,蔬菜本身的蒸腾作用是否会对吸收过程产生作用。通过在人工气候箱中,调节环境的温度和湿度,形成不同的环境蒸汽压,使植物产生不同的蒸腾作用,利用水培实验研究了在不同蒸腾作用下两个番茄品种(Lycopersicon esculentu,品种名分别为FA-189和合作903)的幼苗对重金属Pb、Cd的吸收富集规律。结果表明,高蒸腾作用下植株Cd和Pb含量比低蒸腾作用下分别增加了1.47～1.73倍和1.25～1.75倍,单株的积累量则分别增加了1.71～3.18倍和1.67～2.21倍。通过分析蒸腾水量对吸收Pb、Cd的影响,表明番茄幼苗通过蒸腾作用拉力吸收进入体内的重金属的量占总吸收量的比例极小,一般在0.0008%～0.2%之间,说明番茄幼苗对Pb和Cd的吸收主要为代谢吸收。同时在比较了番茄对Pb和Cd的被动吸收比例时,发现Pb较Cd的比例要高几倍到几十倍,说明番茄对Pb和Cd的吸收富集规律可能存在不同的机理。

Pb、Cd单一及复合胁迫对花菖蒲幼苗生长及部分生理指标的影响

采用液体培养法研究了Pb、Cd单一胁迫及Pb-Cd复合胁迫(500 mg.L-1Pb、25 mg.L-1Cd、500 mg.L-1Pb-25 mg.L-1Cd)对花菖蒲(Iris ensata Thunb.var.hortensis Makino et Nemoto)幼苗生长和部分生理指标的影响。结果显示,在500 mg.L-1Pb单一胁迫条件下,花菖蒲幼苗地上部分(叶片)和地下部分(包括根茎和根系)的干质量及耐性指数与对照差异不显著(P>0.05);而在25 mg.L-1Cd单一胁迫和500 mg.L-1Pb-25 mg.L-1Cd复合胁迫条件下,幼苗地上部分和地下部分的干质量及耐性指数显著下降(P<0.05),其中耐性指数分别仅为0.86和0.79。在500 mg.L-1Pb单一胁迫条件下,叶片中的光合色素(包括叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素)含量和地下部分的丙二醛(MDA)含量显著高于对照,地上部分的MDA含量显著低于对照,而过氧化物酶(POD)活性则与对照差异不显著;在25 mg.L-1Cd单一胁迫条件下,叶片中的叶绿素a和叶绿素b含量显著低于对照,类胡萝卜素含量和地上部分的MDA含量以及地上部分和地下部分的POD活性均显著高于对照,而地下部分的MDA含量与对照差异不显著;在500 mg.L-1Pb-25 mg.L-1Cd复合胁迫条件下,叶片中的光合色素含量均显著低于对照,地上部分和地下部分的MDA含量和POD活性均显著高于对照,其中MDA含量分别是对照的1.7和2.7倍、POD活性分别是对照的2.5和3.4倍。研究结果表明,花菖蒲幼苗对500 mg.L-1Pb单一胁迫具有一定的耐受性;在复合胁迫条件下Pb和Cd具有协同作用,对花菖蒲幼苗的生长和代谢有显著的抑制作用。