Effects of zinc on cadmium uptake by spring wheat (Triticum aestivum, L.): long-time hydroponic study and short-time ^(109)Cd tracing study

To investigate effects of Zn on Cd uptake by spring wheat (Triticum aestivum, L.) in solution culture, long-time hydroponic experiment (1 month) (Experiment 1) and short-time Cd isotope (109Cd) tracing experiment (24 h) (Experiment 2) were conducted. In Experiment 1, spring wheat (cv. Brookton) was grown in nutrient solution at uniform cadmium concentration of 20μ mol/L and 10 zinc concentrations (0, 1, 5, 10, 20, 100, 200, 500, 1000, 2000 μ mol/L). In Experiment 2, spring wheat seedlings,pre-cultivated in complete nutrient solution, were treated with 109Cd of uniform activity and the same series of Zn concentrations as those in Experiment 1 for 24 h. Cd concentrations in shoots and roots in Experiment 1 increased marginally but not consistently with Zn increasing at Zn rates of 1～200 μmol/L, and then decreased significantly at high rates (＞200 μ mol/L). In Experiment 2, the response of 109Cd activities in shoots and roots to increasing Zn was greatly similar to the response of Cd concentrations to Zn increasing in Experiment 1. The results of the two experiments indicated that the short-time and long-time exposure of spring wheat to Zn had similar effects on Cd accumulation.

Zn、Cd及其复合对小麦幼苗吸收Ca、Fe、Mn的影响

研究了溶液培养条件下Cd、Zn及其复合对小麦幼苗吸收Ca、Fe、Mn的影响 .结果表明 ,小麦幼苗对Zn、Cd的吸收随溶液中Cd2 +、Zn2 +浓度的升高而增加 ,Cd、Zn同时存在时与其单独作用时幼苗对它们的吸收不同 ,Zn影响幼苗对Cd的吸收 ,Cd对Zn的吸收起抑制作用 .Ca、Mn的吸收随溶液中Cd2 +、Zn2 +浓度升高而呈下降趋势 ,在Cd单独处理组和Zn单独处理组中Fe的吸收随Cd2 +、Zn2 +浓度升高而增加 ,但在Zn +Cd处理组中 ,Fe的吸收则呈下降趋势 ,其效应方式还与作物具体部位有关 .

不同锌肥对土壤镉有效性及小麦镉吸收转运的影响

为探究施用锌肥对污染土壤中小麦Cd吸收转运的影响,采用盆栽试验,研究了两种锌肥(常规锌肥、缓释锌肥)及其不同用量(13、26、66 mg·kg-1)对根际土壤Cd、Zn有效性和小麦Cd、Zn吸收转运的影响。结果表明:施用两种锌肥均可显著增加土壤有效态Zn含量,但施用缓释锌肥在小麦孕穗期、灌浆期和成熟期对土壤有效态Zn的贡献显著高于常规锌肥,且不同生育期小麦根部和地上部Zn含量高于相应浓度常规锌肥处理。在拔节期,施用常规和缓释锌肥均能有效降低小麦根部Cd含量,Cd含量分别比对照(未施锌肥)降低了23%~33%和3%~48%,且中、高浓度锌肥同时显著降低了根部-地上部Cd转移系数。常规和缓释锌肥对灌浆期和成熟期小麦地上部Cd含量的降幅分别为21%~54%和13%~43%。虽然高浓度缓释锌肥在小麦拔节期、孕穗期和灌浆期显著增加了土壤有效态Cd含量,但却显著降低了小麦灌浆期和成熟期根部-地上部Cd转移系数。施用高浓度常规锌肥也能显著降低小麦成熟期根部-地上部Cd转移系数。所有处理中,仅施用高浓度常规和缓释锌肥显著降低了小麦籽粒中Cd含量,降幅分别为19%和29%。相关性分析显示,在小麦全生育期,小麦根部Zn含量与地上部Cd含量呈负相关关系,并且缓释锌肥处理的小麦成熟期地上部-籽粒Cd转移系数随施Zn浓度的增加而减小,表明施用锌肥能有效抑制小麦对Cd的吸收和转运。施用高浓度锌肥抑制Cd从地上部向籽粒转移的效率仍较低,在中重度Cd污染土壤中单施锌肥不能保证小麦的安全生产,需在小麦Cd吸收关键期组合其他阻控技术措施,以进一步降低Cd在小麦籽粒中的积累。

干旱对小麦幼苗Fe、Zn含量的影响

为探讨利用轻度干旱处理促进金属离子吸收的可能性，采用液体培养法,研究了不同干旱处理方式对小麦幼苗Fe、Zn两种元素吸收和分布的影响。将10d苗龄（3叶期）小麦幼苗分为5组，其中4组每天分别干旱1、2、3和4h后复水．连续8d，另外一组连续干旱24h后复水，测定各处理的根、叶相对含水量和根、茎、第一叶、第二叶、第三叶Fe、Zn含量。结果表明。每天间断干旱1～4h处理的小麦叶片相对含水量变化较小．而根系相对含水量变化较大；连续干旱24h后叶片和根的相对含水量均显著下降。不同干旱处理条件下。小麦幼苗根、茎及第一叶、第二叶、第三叶中的Fe、Zn含量均增加，增加幅度随着干旱程度的增加而增大，连续干旱处理增加幅度最大，其中第三叶的Zn含量达到对照的2．3倍。小麦幼苗单株Fe、Zn吸收量也随干旱程度的增加而升高，其中连续干旱处理最高，分别是对照的1．39和1．21倍，增加的Fe、Zn主要分布在根和第一叶、第二叶中。

不同供Zn量对三种小麦基因型幼苗生长和养分吸收的影响

采用溶液培养方法,研究了不同供Zn量（0、0.5、104、0 mg/L,分别用Zn0、Zn0.5、Zn10、Zn40表示）对三种亲缘关系很远的半冬性小麦基因型郑麦9023、陕512、西农979幼苗生长发育及Zn、Fe、Mn吸收的影响,以期为筛选耐高锌的小麦基因型提供理论依据。结果表明,不供Zn时小麦幼苗未出现缺Zn症状;Zn0.5对小麦的正常生长影响较小。三种基因型小麦的幼苗在过量供Zn（Zn10、Zn40）时均受到严重伤害：抑制小麦分蘖、根系及地上部生长,叶片叶绿素SPAD值显著降低,小麦植株尤其是根部的耐性指数降低;施入的Zn的转运率显著降低,却大大提高了小麦植株尤其是根部的Zn含量和吸收量,但Zn10时幼苗体内Zn含量和吸收量大于Zn40,且Zn10比Zn40更能在根部积累Zn。Zn与Fe的吸收在根部似乎表现为互助作用,而地上部表现为颉颃作用;Zn与Mn之间表现出强烈的颉颃作用。过量供Zn时以西农979耐性指数最大,Zn转运率最高,植株体内的Fe、Mn含量也高。总之,供Zn量为通常配方的51-0倍时对小麦幼苗的生长尚无明显影响;1002-00和4008-00倍时则能对小麦幼苗造成严重伤害,三种供试小麦基因型中以西农979对过量Zn毒害的耐性最强。

铜镉复合胁迫下温度对小麦幼苗生长及其对铜、镉和矿质营养元素吸收与各元素在亚细胞分布的影响

为了研究重金属复合胁迫下温度变化对陆生植物的毒性效应的影响,实验采用水培的方法,设置对照和Cu-Cd复合胁迫(10μmol·L-1Cu+10μmol·L-1Cd)2个处理,每个处理分别设置3个不同的培养温度(8/4℃、25/20℃和35/30℃),对小麦进行48h的暴露实验,测定小麦幼苗的生长及其对重金属和矿质营养元素的吸收与亚细胞分布等指标。结果表明,温度处理和Cu-Cd复合胁迫对小麦幼苗的生长均没有产生明显影响,但是,随温度的升高,小麦幼苗对Cu和Cd的吸收均显著增加,同时Cu和Cd在小麦根部细胞壁组分的分配比例降低,而在可溶性组分的分配比例明显增加。温度处理和Cu-Cd复合胁迫均能明显影响小麦幼苗对矿质营养元素的吸收,二者对小麦幼苗矿质营养元素吸收存在交互作用,表现为对微量矿质营养元素(Fe、Mn和Zn)吸收的交互作用大于大量矿质营养元素(K、Ca和Mg),且对根部微量矿质营养元素含量影响的交互作用最为突出。另一方面,Cu-Cd复合胁迫和温度变化能够显著影响根部微量矿质营养元素Fe、Mn和Zn在亚细胞水平的分布,总体趋势为Cu-Cd复合胁迫下随着温度的升高,Fe、Mn和Zn在小麦根部细胞可溶性组分的分配比例增加,而在细胞壁组分的分配比例显著降低。实验结果表明,温度作为一个重要的环境因子,能够明显影响重金属对小麦的生态毒性效应。

钾肥强化植物间作修复镉锌污染土壤效应研究

小麦间作伴矿景天是一种原位绿色、边生产边修复重金属污染土壤的有效方式,施用钾肥是保障小麦增产的主要措施之一。为了研究不同类型和用量的钾肥对小麦间作伴矿景天修复镉(Cd)、锌(Zn)污染土壤的强化效果,采用室外盆栽试验方法,以不施钾肥为对照处理,研究了不同类型钾肥(氯化钾、硫酸钾)及施用量(50、100 mg·kg^(-1)和200 mg·kg^(-1),以K2O计)对土壤pH和Cd、Zn含量、小麦和伴矿景天幼苗生物量及其Cd、Zn积累量的影响。结果表明:相较于对照处理,施用氯化钾和硫酸钾均能降低土壤pH,且施用量增至200 mg·kg^(-1)时土壤pH值降幅最大,分别降低了0.322和0.411。氯化钾和硫酸钾对土壤有效态Cd、Zn含量的提升效果均随施用量的提高而增强,均提高了小麦幼苗与伴矿景天生物量并促进了对Cd、Zn的积累。施用钾肥后,土壤Cd的去除率在15.1%~23.8%,土壤Zn的去除率在1.75%~4.70%。研究表明,施用钾肥均对小麦间作伴矿景天修复土壤Cd、Zn污染具有良好的强化效应,且氯化钾施用量200 mg·kg^(-1)的修复效果优于其他处理。

施锌对碱性土壤-小麦幼苗体系累积镉的影响

锌(Zn)肥应用在降低小麦镉(Cd)富集方面具有一定潜力,但其作用机制不甚明确.以北方碱性土壤为研究对象,通过盆栽试验,在土壤-小麦幼苗体系中,探究施加不同含量锌肥后,Zn-Cd交互关系的变化,及其对小麦幼苗累积Cd的影响.结果表明,施Zn不能显著降低各处理组小麦幼苗地上部Cd含量,但在高Zn用量下,地下部Cd含量较对照显著下降41.5%,中用量组中施Zn量为150 mg·kg^(-1),可同时显著降低地上部(55.2%)及地下部Cd含量(53.5%).当土壤锌镉比(Zn/Cd)为28.9,施Zn后土壤Zn/Cd发生改变(变化范围在50.2~222.5),Zn-Cd交互作用对小麦富集转运Cd效应随之发生变化,当土壤Zn/Cd<150时,Zn-Cd表现为拮抗作用,此时地上部ω(Cd)平均值为0.949 mg·kg^(-1),且随Zn/Cd增加拮抗作用逐渐增强;当土壤Zn/Cd>150,此时地上部ω(Cd)平均值为0.839 mg·kg^(-1),Zn-Cd表现为协同作用,若继续增加施Zn量会促进地上部累积更多Cd.根据Zn-Cd交互特性,科学合理利用Zn肥可有效降低小麦Cd污染风险.

田间施用锌肥对小麦籽粒镉累积的影响及施用风险

锌(Zn)和镉(Cd)的交互作用是近年来小麦Cd污染防治的重要研究方向.以华北地区典型小麦田为研究对象,通过田间试验,探究Zn肥对土壤-小麦系统Cd污染的控制效果和施用风险.结果表明,低用量Zn处理下,济源和开封两地小麦籽粒Cd含量均呈下降趋势,与对照相比下降幅度分别为33.4%和25.3%.高用量Zn处理下,两地小麦籽粒Cd含量不降反升,与低用量Zn处理下小麦籽粒Cd含量相比增幅为22.4%和34.2%.施Zn后两地土壤Zn总量和有效态含量均有显著升高,且造成了土壤Cd的部分活化.典型相关分析(CCA)显示,当土壤ω(Zn)小于200 mg·kg^(-1)时,土壤Zn是土壤-小麦系统Cd富集的主要影响因子,而当土壤ω(Zn)大于200 mg·kg^(-1)时,土壤Cd的活化是影响小麦籽粒Cd富集的主要原因.回归分析显示土壤Cd/Zn降至0.008 9时(低用量Zn),Zn和Cd表现出拮抗效应,土壤Cd/Zn降至0.007 8时(高用量Zn),Zn和Cd表现出协同效应.针对区域Cd污染特征,调整Zn肥用量可以提高污染防治效率并避免加剧Cd污染危害.