FeSO_(4)对水稻根表铁膜及污染稻田土中镉迁移转运影响研究

选取湖南某污染稻田耕作层土壤,通过盆栽实验外源施加硫酸亚铁(FeSO_(4)),研究FeSO_(4)对水稻根表铁膜及污染稻田土中镉(Cd)迁移转运的影响。结果表明,随着FeSO_(4)施加量增加(0~320 mg/kg),水稻根际土壤pH值呈下降趋势,最高下降了0.70;水稻盆栽土壤TCLP-Cd含量与对照组相比出现一定程度上升;施加FeSO_(4),降低了水稻茎叶、谷壳、糙米中Cd含量,增加了水稻植株根表铁膜的数量,一定程度上控制了水稻对土壤中Cd的吸收。但施加外源铁影响了土壤pH值及Cd的生物有效性,在实际稻田施加FeSO_(4)时建议与石灰等其他碱性修复材料进行组配,以获得更好的阻控效果。

紫云英和石灰配施对水稻镉吸收的影响

通过盆栽试验研究了单纯紫云英翻压(GM),以及紫云英与石灰共施(GM0HL)、紫云英+常量石灰晚施(GM5HL)、紫云英+减量石灰晚施(GM5LL)等处理对土壤性状、水稻根表铁膜及水稻对镉吸收转运的影响。结果表明,相较于对照(CK),翻压紫云英可显著(P<0.05)提高土壤有机质含量2.1~2.7 g·kg^(-1)。相较于GM处理,增施石灰后,土壤pH值显著提高0.38~0.78个pH单位,且土壤有效态Cd含量显著降低21.71%~41.28%。在紫云英快速腐解末期,增施了石灰的处理(GM0HL、GM5HL、GM5LL),土壤Eh显著高于GM处理。与CK相比,GM0HL、GM5HL、GM5LL处理在分蘖期的水稻根表铁膜Fe含量分别显著下降43.34%、38.82%和29.00%,根表铁膜Cd含量分别显著下降43.72%、35.56%和12.72%。主成分分析的结果显示,土壤pH值和有机质含量是影响水稻Cd吸收的关键因子,提高土壤pH值和有机质含量可以降低土壤Cd有效性,增加水稻根表铁膜厚度和根表铁膜Cd含量,从而抑制水稻对Cd的吸收。在试验条件下,紫云英翻压5 d后减量施用石灰,既可以达到较好的降Cd效果,又能在一定程度上减少Cd污染耕地的治理投入。

根表铁膜对水稻体内重金属迁移积累影响的研究进展

水稻作为全球重要的粮食作物之一,在保障粮食安全、促进经济社会发展等方面起着重要作用。稻田重金属(HMs)污染会影响水稻正常生长,导致产量和品质下降,甚至危害人类身体健康。根表铁膜是在水稻根表面形成的铁锰(氢)氧化物胶膜,能够通过氧化-还原、吸附-解吸、共沉淀等物理化学作用,影响重金属自水稻根部到籽粒的迁移和积累。本文阐明了植物通过根表铁膜对重金属的外源性抵抗和内源性耐受机制,综述了水分管理、施肥(有机肥、化肥、叶面肥等)、根系通气能力等对根表铁膜形成的影响,及对重金属在水稻体内积累与迁移的影响。促进高重金属积累量的红褐色铁膜形成的钝化剂或修复手段可作为未来重金属污染土壤安全利用的研究方向。

硒阻控作物吸收重金属机制研究进展

重金属污染对粮食安全及人体健康造成巨大威胁,目前已开发出许多农田重金属污染修复方法。硒的补充显著降低作物对重金属的吸收,同时促进作物在重金属污染土壤中的生长,施硒已成为阻控作物吸收重金属的新途径。本文对施硒阻控作物吸收重金属的5种机制即硒改变土壤重金属的生物有效性、硒与重金属竞争植物摄取通道、硒促进植物根系铁膜形成、硒诱导植物根系形态及结构变化、硒调控植物重金属螯合和转运基因表达等研究进展进行了综述,同时对施硒阻控作物吸收重金属潜在风险及未来研究重点进行展望,以期为将来利用硒作为重金属阻控剂提供参考。

不同铁形态对水稻根表铁膜及铁吸收的影响

通过溶液培养试验研究了FeCl2.4H2O和FeCl3.6H2O对水稻根表铁膜数量及铁吸收的影响。结果表明,FeCl2处理时水稻根表铁膜浓度是FeCl3处理的197%～233%。利用EDTA-BPDS对铁膜形态分析看出,根表铁膜中Fe3+占85%～92%,Fe2+占8%～15%。水稻天优998(TY998)根表铁膜数量显著高于培杂泰丰(PZTF),其铁吸收是培杂泰丰的115%～138%。两种铁形态处理明显提高了水稻的根系活力,其中,FeCl2处理时水稻根系活力增加24%～69%,FeCl3为16%～54%。FeCl2处理时水稻根系SOD、POD和CAT活性分别增加11%～32%、15%～30%和30%～31%,但FeCl3处理没有明显影响。上述结果表明,一定浓度铁处理明显增加水稻根表铁浓度和铁吸收;与FeCl3处理相比,FeCl2处理能提高根系抗氧化酶活性,增加水稻的铁吸收和根表铁膜数量。

磷饥饿诱导水稻根表铁膜形成机理初探

采用溶液培养的方法,初步探索了磷饥饿诱导水稻根表铁膜形成的机理。磷饥饿24 h后水稻的根表出现了明显的红棕色物质的沉积,扫描电镜的能谱分析结果显示,红棕色物质是铁的氧化物。针对这一现象,首先研究了没有水稻生长的正常磷营养液和缺磷营养液的变化,结果表明二者之间全波长的扫描图谱没有出现差异。采用酸碱混合指示剂的琼脂染色方法,观察了水稻根系表面及根际pH值的变化情况,并分别测定了正常磷营养(P)和缺磷(P0)2种条件下水稻的根系活力。结果看出,缺磷时水稻根系活力高于磷营养正常的处理,尤其是基因型Jin23A,其P和P0处理间根系活力差异极显著。水稻根表三价铁的浓度高于二价铁,并且缺磷根系表面三价铁和二价铁浓度均明显高于供磷处理;缺磷处理水稻根质外体沉积的铁浓度也明显高于供磷处理。因此,初步确定磷饥饿诱导水稻根表铁膜形成是生物学基础上的化学反应过程。

土壤施硒对水稻根表铁膜形成和汞吸收的影响

采用土—砂根际袋联合培养,研究控制条件下土壤施硒对水稻根表铁膜形成,水稻生长以及对硒、汞吸收的影响.结果表明:土壤中施加低质量分数硒(1.0mg/kg)能促进根表铁膜形成,施加高质量分数硒(8.0mg/kg)反而抑制了根表铁膜的形成.无论施汞与否,硒对水稻生长都没有显著影响,说明施硒对水稻的生长没有产生毒害作用.硒能抑制水稻根表铁膜对汞的吸附,能显著降低水稻对汞的吸收和累积,随着硒处理浓度的增加,水稻根部、茎、叶、稻壳和稻米中汞的含量均显著下降.

重金属污染土壤添加骨炭对苗期水稻吸收重金属的影响

在温室条件下采用土培法模拟研究了骨炭对水稻吸收积累重金属的影响。结果表明,不同骨炭处理对水稻的生物量影响不大。施用骨炭对水稻根表铁膜Fe、Zn含量影响较大,而对其他元素含量没有太大影响,骨炭除了对水稻茎叶Fe含量有影响外,对Cu、Zn、Pb、Cd含量影响均不大;骨炭应用能显著地降低水稻根系Fe和Pb含量,当骨炭用量为10g.kg-1土时,科优1360、94D-54和远诱1号的Fe含量分别比不施骨炭时降低46.2%、31.7%和27.2%,Pb含量分别降低60.6%、65.6%和53.3%。研究表明骨炭将可以作为修复铅污染土壤的有潜力的新型修复材料。

不同土壤的还原状况对铁镉形态转化和水稻吸收的影响

采用土壤-蛭石联合培养,以填充蛭石的网袋模拟根际,置于红壤、水稻土、盐土中后淹水栽培水稻13 d。试验结果表明,水稻栽培期间,红壤、水稻土、盐土pH变化范围分别为6.05～6.78、6.47～7.33、6.42～7.44;有机质处理下,除红壤根际pH明显升高外,其余土壤根际和非根际pH均有所下降。各土壤对照根际Eh保持在233～385 mV;有机质处理使根际Eh下降,同时也导致除盐土外的非根际Eh上升。土壤还原溶解Fe与蛭石吸附Fe的90%以上均来自铁锰氧化物结合态铁(Oxide-Fe)组分,与溶液Eh、pe+pH均有显著相关性,表明两表面同为Fe的氧化还原反应,但方向相反。水稻根表Fe膜的形成与根际氧化还原状况有关,在对照根际(高Eh)环境下,根表Fe含量随pH升高而降低,在有机质处理根际(低Eh)环境下则随pH升高而升高;在红壤中,根表Fe膜阻碍Fe的吸收,在水稻土和盐土中,根表Fe膜促进Fe吸收。根表Cd含量与根内Cd、地上部Cd有显著正相关;在红壤中,根表Fe膜阻碍了水稻Cd的吸附和吸收;水稻土和盐土中,根表Fe膜促进了水稻Cd的吸附和吸收。

Fe^(2+)和Mn^(2+)对水稻根表铁膜及镉吸收转运的影响

采用水培实验,研究外源添加Fe^(2+)和Mn^(2+)对水稻幼苗根表铁膜形成、抗氧化酶活性及镉吸收转运的影响。结果表明:(1)添加Fe^(2+)使水稻幼苗根表铁膜中铁元素显著增加114.9%(质量分数,下同),锰和镉元素则分别显著降低了55.2%和42.3%(P<0.05);添加Mn^(2+)使铁膜中锰元素显著增加180.1%,镉元素则显著降低了18.0%。(2)添加Fe^(2+)能显著降低水稻幼苗叶片中活性氧(ROS),缓解ROS对水稻幼苗的毒害;添加Mn^(2+)使得叶片中ROS、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽转移酶增加,Mn^(2+)处理引起的ROS升高可能起到诱导水稻胁迫应答,缓解镉毒害作用。

缺磷对不同作物根系形态及体内养分浓度的影响

采用营养液培养方法,以水稻、小麦、玉米和大豆为试验材料,研究了短期缺磷(2周)诱导根表沉积铁氧化物是否为水稻特有的性质,以及缺磷对不同作物根系形态及其吸收钾、钙、铁、锰、铜、锌营养元素的影响。结果表明,供磷和缺磷处理并没有影响小麦、玉米和大豆3种作物根系的颜色,而缺磷处理水稻根表沉积了铁氧化物而呈红(黄)棕色,且铁氧化物不均匀地富集在根细胞壁的孔隙中;缺磷促进了水稻,小麦,玉米和大豆根系的生长,分别比供磷处理伸长了11%、11%、20%和11%(P<0.05)。此外,缺磷胁迫下水稻根表铁氧化物增强了钙、铁、锰、铜和锌在根表的富集而成为其进入根系的缓冲层。缺磷处理水稻根中铁浓度明显高于供磷处理(P<0.05),而地上部铁的浓度仅为磷营养正常水稻植株的18%,这说明缺磷诱导的铁氧化物促进了根系对铁的吸收但抑制了铁由根系向地上部的转运。短期缺磷对其他养分在水稻根中和地上部的浓度没有明显影响。对于其他3种作物,短期缺磷没有明显影响钾、钙、铁、锰、铜和锌在其根表富集及在植物体内的浓度。因此,在供试的4种作物中,由于磷胁迫诱导根表形成铁氧化物是水稻特有的性质,铁氧化物的沉积可促进铁的吸收但抑制了铁向地上部的转运,而短期缺磷并没有影响其他3种作物对钾、钙、铁、锰、铜和锌养分的吸收和转运。

不同栽培方式对籼、粳稻根表铁膜和根铁、镉含量的影响

在Cd污染土壤中研究淹水、覆膜、覆草和湿润栽培对籼、粳稻不同生育时期根表铁膜Fe、Cd含量和根Cd含量的影响 .结果表明 ,在分蘖期 ,粳稻根表铁膜Fe含量和根Cd含量在 4种栽培方式中平均为6 .37和 2 5 .49mg·kg- 1 ,分别比籼稻的 4 .52和 1 6 .37mg·kg- 1 增加 1 .85和 9.1 2mg·kg- 1 .在孕穗期 ,粳稻根表铁膜Fe、Cd含量和根Cd含量在 4种栽培方式中平均为 1 .60、1 6 .35和 54 .68mg·kg- 1 ,分别比籼稻的 1 .0 6、9.56kg和 43 .31mg·kg- 1 增加 0 .54、6 .79和 1 1 .37mg·kg- 1 .在灌浆期 ,粳稻根表铁膜Fe含量覆草和湿润栽培为 0 .89和 1 .0 0mg·g- 1 ,分别比籼稻的 0 .63和 0 .30mg·g- 1 增加 0 .2 6和 0 .70mg·g- 1 ;粳稻根表铁膜Cd和根Cd含量在 4种栽培方式中平均为 1 5 .2 3和 73 .68mg·kg- 1 ,分别比籼稻的 3 .46和52 .38mg·kg- 1 增加 1 1 .77和 2 1 .30mg·kg- 1 .收获时 ,根表铁膜Fe含量淹水栽培的籼稻为 1 .2 1mg·g- 1 ,比粳稻的 0 .65mg·g- 1 增加 0 .56mg·g- 1 ,覆草栽培的粳稻为 0 .94mg·g- 1 ,比籼稻 0 .55mg·g- 1 增加 0 .39mg·g- 1 ;根表铁膜Cd含量湿润栽培的粳稻为 7.96mg·kg- 1 ,比籼稻的 5 .0 9mg·kg- 1 增加 2 .87mg·kg- 1 ;根Cd含量粳稻在

根区通氧状况对水稻幼苗生长及吸收镉的影响

采用水培的方法研究了根区通氧状况对水稻根系结构、根系泌氧、根表铁膜生成以及水稻耐受、吸收Cd的影响。水培条件下,根区氧处理对水稻幼苗的生长产生了一定的影响,缺氧条件下的水稻根的伸长量降低,生物量增加,直径增粗,根系泌氧量增加,并降低幼苗对Cd的吸收。当培养溶液Cd2+浓度为1.0 mg/L时,缺氧处理相对于通氧处理,根表吸附的Cd降低了85.5%,地下部分吸收的Cd降低了35%,转运到地上部分的Cd降低了58%。根表铁膜对Cd的吸收和转运也有一定的抑制作用,但其作用因环境中Cd2+浓度和根区通氧状况而异。在根区通氧充分的培养条件下,水稻幼苗铁膜对较高浓度Cd2+(1.0mg/L)的吸收和转运起着重要的作用,DCB-Cd占根系吸收Cd的50%,茎叶对Cd的吸收显著降低(p<0.05)。研究表明在缺氧胁迫下,根系结构本身(如根表通透性降低)是影响水稻吸收Cd的重要因素。

一种定量测定水稻根系氧化力的新方法

根系氧化力大小与根表铁膜数量密切相关,铁膜以Fe3+形态为主。本文根据水稻根表铁膜数量,探讨了一种测定水稻根系氧化力的新方法。首先,在水稻根系所在溶液中加入定量硫酸亚铁(Fe2+),处理1天后,水稻根系将一部分Fe2+氧化成Fe3+,剩余Fe2+用H2O2滴定,得滴定值A。然后,用H2O2滴定没有种植水稻的硫酸亚铁溶液,得滴定值B。根据不种植与种植水稻H2O2的消耗量,滴定值之差(B-A),即为水稻根系氧化力。该方法要求Fe2+浓度大于0.8 mmol/L,过氧化氢消耗量与Fe2+浓度成正比(R2=0.999 2)。测定过程中,应先加显色剂邻菲罗啉,然后加入磷酸。该方法在不损伤水稻根系情况下可定量测定水稻根系氧化力。

有机酸与根表铁膜对茶树吸收和富集氟的影响

采用溶液培养法,研究了Fe2+质量浓度、Fe2+诱导时间、pH值、外源有机酸(草酸、苹果酸、柠檬酸)对根表铁膜形成及茶树吸收、富集氟的影响。结果表明:茶树根表铁膜主要集中在离根尖0.2～0.5 cm区域;茶树根表铁膜含量随Fe2+诱导时间的延长呈现先升高后降低的趋势,随Fe2+质量浓度的增加显著升高,与溶液pH、有机酸浓度呈负相关。当铁膜含量为2.40～13.60 mg.g-1,根表铁膜含量与茶树吸收、富集氟的能力呈正相关。与根表无铁膜的茶树单加氟处理的对照(CK1)相比,加Fe2+诱导形成铁膜后,茶树体内氟的含量增加了42.3%～103.7%;有机酸与Fe2+共同作用时,茶树体内氟含量显著增加了101.7%～243.0%。

缺磷对水稻根表铁膜形成的影响

以红良优166和Ⅱ优3027为试验材料,采用水培方法,研究了缺磷诱导根表铁膜的形成过程。结果表明:在缺磷处理下,两个基因型水稻的总根长增加,根表面积增大,根系增粗,根系活力升高;在缺磷处理下,两个基因型水稻的根表铁膜Fe含量随着处理时间的增加而增大,均在第7 d时达到最大,且Ⅱ优3027的根系铁膜Fe含量及其增加速度均高于红良优166的。表明Ⅱ优3027具有较高的根系氧化力,使其根表有更好的铁膜形成能力。

水稻不同生育期对硒吸收累积及铁膜的吸附特性

采用盆栽试验方法,研究不同生育期水稻各部位对硒的吸收累积及根表铁膜对水稻吸收积累硒的影响机制。结果表明:水稻营养器官生物量在拔节期积累最快,不同时期营养器官中硒含量不同,根中的硒在拔节期达到最大,根和茎中的硒在灌浆期和成熟期被转运至其他部位。水稻各组织中约50%的硒在拔节期和孕穗期被吸收,小穗吸收总硒的47.22%且是在孕穗期完成的,说明这两个时期对于水稻硒吸收累积非常关键。铁膜中硒占总硒的比例在幼苗期高达73.63%,是同时期茎中硒所占比例的4.87倍。随着生育期的推进,铁膜中硒所占比例显著递减,在成熟期降低至20.02%,同时期茎中硒占总硒的比例为65.42%。这表明,根表铁膜在水稻整个生长周期内通过吸附作用使其表面能够富集一定量的硒,在水稻生育后期,当土壤溶液中硒含量较少时,根表铁膜可能会作为一个硒源,吸附在根表铁膜中的硒重新被水稻所利用,铁膜在水稻硒吸收转运的过程中扮演了"缓冲器"的角色。明确不同生育期根表铁膜对水稻硒累积特性,在生产管理中可在不同生育期采取措施提高稻田硒生物有效性,从而为进一步提高农产品中硒含量提供科学依据。

水稻根表及其自由空间的铁氧化物对吸收镉的影响

本试验采用水培和琼脂两种培养方式,模拟在不同铁浓度条件下,水稻根表铁氧化物积累或铁胶膜厚度对吸收镉的影响。结果表明,在铁浓度约40 mg·L^(-1)(10^(-5)mol·L^(-1))时,水稻根表累积铁氧化物和所形成的铁胶膜的厚度使水稻地上部分和根中镉的含量均最高。铁浓度下降时,镉含量呈下降趋势。

内窥镜辅助下超声龈下刮治和根面平整术对牙根表面的影响

目的评价牙周内窥镜辅助下超声龈下刮治和根面平整术(subgingival scalingandrootplaning,SRP)后根面牙结石残留量和牙骨质保存情况。方法选取在南京大学医学院附属口腔医院牙周病科因重度牙周炎需拔除的患牙12颗,随机分为3组,每组4颗:①内窥镜辅助下超声SRP组:在牙周内窥镜辅助下配合EMS超声治疗仪清理患牙根面;②传统SRP组:对患牙进行超声刮治并配合Gracey刮治器行手工根面平整;③未处理组:不进行任何刮治处理;以上操作由同一位高年资医师完成操作,局麻下每颗患牙均刮治10 min后拔除;观察并记录各组菌斑染色后根面牙结石的残留量,测量各组根颈1/3处保留牙骨质的厚度。结果内窥镜辅助下SRP组根面牙结石残留率最低,与传统SRP组和未处理组比较有显著差异(P<0.001)。组织学观察各组牙根颈1/3处剩余牙骨质厚度均值从牙根表面釉牙骨质界(cementoenamel junction,CEJ)处、CEJ下2.5 mm处、CEJ下5 mm处呈递增趋势,与传统SRP组相比,内窥镜辅助下超声SRP对牙骨质的损伤较少,能较好保存牙骨质(P<0.001)。结论牙周内窥镜辅助下SRP比传统SRP能更有针对性地清除龈下菌斑和牙结石,且可较好的保留根面牙骨质。

根表铁膜对2种景观湿地植物根系发育及活力的影响

植物根系活力是反映植物对环境响应的一个重要指标。为探讨景观湿地植物根系活力对根表诱导铁膜的响应,通过溶液培养试验,研究不同浓度（0、10、20、60、100、150、200 mg/L）亚铁诱导宽叶香蒲（Typha latifolia）和黄菖蒲（Iris pseudacorus）根表形成铁膜后,根表铁膜对根系活力和新不定根生长的影响。结果表明,低于100 mg/L亚铁诱导的宽叶香蒲,其不定根的生长受到抑制;超过100 mg/L诱导时,可促进了不定根的生长;黄菖蒲不定根生长受根表铁膜的影响并不显著。宽叶香蒲根系活力随亚铁浓度的增加呈下降趋势,最大值与最小值相差9.70μg/（g·h）;黄菖蒲在各处理之间的根系活力为2.36-5.48μg/（g·h）,整体变化幅度不大。通过分析根系活力与根表铁膜量的关系发现,宽叶香蒲根系活力与其根表铁膜量呈显著负相关（r=-0.861）;黄菖蒲中该相关性不显著（r=-0.735）,但根系活力随根表铁膜量增加而降低。新生不定根的根系活力测定结果表明,宽叶香蒲新生根的根系活力随亚铁处理浓度的增加呈先上升后降低趋势,在亚铁浓度为20 mg/L时,其新生根的活力达到最大,是对照处理的1.55倍;黄菖蒲新生根活力呈相似的变化趋势,但其根系活力的最大值出现在10 mg/L亚铁处理组。研究结果为根表铁膜影响湿地植物对元素的吸收利用具有一定的参考价值。