玉米对镉的转运、积累机制及其生理响应

土壤镉(Cd)污染是我国乃至全球性的环境问题,玉米(Zea mays L.)对Cd具有较强的吸收及积累能力。探明玉米吸收累积Cd的生理分子机制是阻控土壤中镉进入玉米可食部进而威胁人体健康的关键所在。在根部Cd的短距离运输过程中,植物螯合素分泌、各类离子通道和转运蛋白参与的液泡区隔化是Cd吸收、运输与积累的关键因素;而在长距离运输中,韧皮部的装载和卸载在Cd向玉米籽粒的转运积累中发挥主要作用。其次,Cd在玉米植株体内的转运积累过程也诱发了其对镉胁迫的生理响应,主要表现在激素水平、光合作用、水分吸收和矿质元素吸收等方面的变化上。本文主要综述了该生理机制的研究进展,并提出了降低玉米Cd积累的农艺防控措施。     

稻米Cd低积累分子生理机制的研究进展

随着我国国民经济持续快速增长,农田生态系统重金属污染日趋严重,Cd是环境中运移活跃、对生物和人类毒性较大的重金属元素.稻米是我国人民的主要食物来源,而水稻对Cd具有较强的吸收能力,因而稻米的安全性成为大家关注的问题.本文主要介绍了近几年来在水稻稻米低积累分子生理机制方面的研究进展.     

不同水稻品种抗镉富集能力研究

采用田间实验,选取3块稻田种植创优华占、Y两优957、Y两优911、旺两优958、旺两优950等5个水稻品种,通过对土壤pH值、土壤和稻谷重金属Cd含量的测定,分析不同品种水稻重金属Cd吸收积累特性。结果表明:土壤在实验水稻种植期间pH值和重金属Cd含量未发生变化;水稻在三个稻田种植实验组中重金属Cd含量差异较大,Y两优911品种重金属Cd含量最低(0.101～0.228mg/kg);对不同品种稻谷重金属Cd含量进行3个聚类分析,第Ⅲ类的Y两优911和创优华占稻谷重金属Cd含量最低;在不同品种稻谷重金属Cd富集能力分析中,Y两优911重金属Cd富集能力低于其他品种(P0.01)。综上所述,水稻Y两优911品种重金属Cd吸收积累相对吸收较小,可以在中、低重金属污染农田中安全种植。     

杂优水稻对土壤中铅和镉的吸收与分配

研究在长沙市金星村采集的普通红壤、加石灰红壤,以及于两种土壤生长的杂优水稻,检测土壤、根、茎叶、壳及糙米中Pb和Cd的含量,分析水稻出穗前,向土壤中加入石灰对Pb和Cd在水稻各部位分配的影响。结果表明:在普通红壤中,Pb有94.20%在根中分配,Cd只有54.00%在根中分配;在加石灰红壤中,Pb和Cd在根及茎叶中总的分配分别增加2.20%,17.20%,在糙米中的分配分别降低0.78%,11.30%;加石灰红壤中糙米Pb和Cd的富集系数分别降低0.02%,2.60%。因此在水稻出穗前向土壤中加入石灰能有效降低Pb和Cd在糙米中的富集。     

稻米镉积累特性及其遗传调控研究进展

稻米是我国三分之二以上人口的主食,其质量安全直接关系到人民的健康。镉污染是严重威胁我国稻米质量安全的重要因素,如何降低水稻籽粒中的镉积累已成为当前水稻产业发展中的重点问题之一。利用作物本身对镉积累的遗传差异,选育籽粒镉含量低的水稻品种,是减少稻米镉超标的经济有效途径。本文简要概述了稻米镉积累的一般特性,从稻米镉积累相关基因的鉴定及其功能以及QTL定位分析等方面较系统地综述了目前关于稻米镉积累的遗传调控研究进展,并对进一步的研究进行了展望,旨在为降低稻米镉含量、减少食品安全问题提供借鉴和指导。     

根系土壤中镉形态及农作物有效性研究

通过对根系土壤镉形态分布特征与pH值相关性及农作物有效性研究发现,根系土壤中镉形态以离子交换态为主,平均含量百分比43.34%,Cd形态分布顺序为:离子交换态碳酸盐态铁锰氧化态腐殖酸态强有机态残渣态水溶态。Cd对水稻有效性强,水稻Cd超标率为31.0%。水稻对Cd的富集能力依次为杂交稻香稻粳稻,超标杂交稻Cd平均含量达到1.95mg/kg。离子交换态、碳酸盐态、水溶态Cd对粳稻有效性强,离子交换态、水溶态、腐殖酸态Cd对香稻有效性强,腐殖酸态、离子交换态、水溶态Cd对杂交稻有效性强。因此在该区域可采取提高土壤pH值(7.5)、增施有机肥、增加铁锰氧化物含量等措施来减少离子交换态和水溶态Cd含量,从而降低Cd对农作物的有效性。     

重金属复合污染对茶叶重金属、主要生化成分含量及冲泡茶汤浸出率的影响研究

通过土壤盆栽实验,研究四种重金属As、Pb、Cr、Cd复合污染对茶叶重金属含量及主要生化成分含量的影响,同时研究了不同冲泡次数下茶汤中四种重金属的浸出率。结果表明:复合污染条件下,茶叶中重金属积累量显著高于对照,其高低顺序为PbCrCdAs,其中,Cd在盆栽土壤中的添加量低于As,但在茶叶中的积累量高于Cd,表明Cd在茶树体内的迁移率高于As。复合污染茶叶中的氨基酸和咖啡碱含量均低于对照,酚氨比值高于对照,从而降低了茶叶品质。四种重金属元素在茶汤中的浸出量均随着冲泡次数的增加而减少,Cd、Cr、Pb和As的总浸出率分别为:18.0%~35.7%、14.8%~26.8%、15.4%~31.9%和13.7%~22.1%,Pb和Cd的浸出率大于Cr和As;四种重金属元素之间的络合作用,会影响重金属在茶叶中的累积量和茶汤中的浸出量。     

覆膜栽培对烤烟重金属含量的影响

为探讨烤烟重金属的调控措施,采用大田试验,在重金属Cd,Pb,Hg和Cr复合污染土壤的条件下,研究了覆膜与不覆膜处理对土壤和烤烟中重金属含量的影响。结果表明:覆膜土壤的过氧化物酶、脱氢酶、酸性磷酸酶和脲酶的活性均低于不覆膜;不覆膜处理对下部叶和中部叶重金属治理效果较好;覆膜处理对上部叶重金属的治理效果较好;覆膜处理的烟根干重显著高于不覆膜处理;覆膜后烟根对Cd的吸收能力增强,Hg向腋芽中的迁移量与烟根对Hg的吸收能力均降低,Cr向烟茎中的迁移量与烟根吸收Cr的能力降低;覆膜和不覆膜处理重金属Cd,Pb和Hg在腋芽中积累均较多。因此,可通过调控腋芽量来减少重金属在烟叶中的积累量。     

贵州牛组织镉污染与饲养环境的相关性研究

目的：通过设立研究点的方法,研究了贵州地区不同污染水平下牛组织中镉的含量和与饲养环境的相关性。结果：①贵州牛的组织Cd的污染情况较严重,在不同污染水平条件下养殖的牛的肾脏和肝脏,Cd的平均含量均超过国家肉类制品卫生限量标准。②贵州在表介质具有高Cd含量的背景分布特征,三个研究区内土壤中Cd的含量均超过我国《土壤环境质量标准》中三级土壤的最高限量值。在中度污染区和污染区牛饲料都存在着Cd的污染,尤其是污染区,其饲料中镉的含量严重超过国家限量标准。③牛组织镉元素含量与饲养环境中的土壤、饲料和饮用水源镉含量和污染程度密切相关,其相关系数r〉0.92。结论：贵州的高镉地质背景,以及饲养环境和饲料镉污染是牛组织中镉的含量高的重要因素。应从牛肉产品安全生产的各个环节,加强饲养环境质量管理和污染控制技术的研究,减少污染物从家畜饲养环境向家畜体内的迁移和蓄积。     

西安市郊区农业土壤中重金属污染状况研究

对西安市郊农业土壤进行了取样调查分析.结果表明,Cu、Ni、Cr、Cd、Pb显著高于全国土壤背景值,其中Cd、Pb污染尤为严重,其含量的几何平均值(1.476mg/kg)为西安市土壤Cd背景值的5.15倍,全国土壤Cd背景值的15.216倍;Pb含量的几何平均值(107.721mg/kg)为西安市土壤Pb背景值的2.776倍,全国Pb背景值的4.143倍.通过相关性分析和主成分分析得出,污水灌溉是导致土壤中Cu、Zn、Ni、Cd、Pb积累的重要原因之一.     

大米及其加工产品中镉的消减方法研究进展

镉是一种毒性较强且不能被生物降解的重金属元素,易被动植物吸附富集后通过食物链进入人体而产生危害。水稻是一种镉富集能力较强的农作物,可通过根部吸收环境中的镉转移至稻谷中。近年来,由于土壤、水体、大气的镉污染日益严重,污染区生产的大米普遍出现镉超标的问题,严重影响了大米及其加工产品的食用安全。从源头控制镉污染虽是解决问题的根本,但难以在短期内实现。因此,直接消减大米及其加工产品中镉的研究受到了广泛关注。本文分析了镉在大米中的分布和存在形态,重点介绍了消减大米及其加工产品中镉的方法,主要包括物理法、化学法、生物法和复合法等4大类,并总结和比较了4种方法的优缺点,同时对今后的发展趋势和前景进行了展望。     

大米主食制品中污染物镉的体外消化释放研究

对含污染物镉的大米主食样品米饭和米线进行体外模拟消化,采用石墨炉原子吸收分光光度法(GF-AAS)对样品中镉进行定量检测。口腔阶段镉释放率:生大米原料粉(34.85%)米线(5.69%)米饭(0%);胃阶段释放率:米饭(74.51%)米线(71.62%)生大米原料粉(0%);小肠阶段中的最大释放率为:4 h时生大米原料粉(60.19%)7 h时米线(45.35%)5 h时米饭(37.06%)。结果表明:不同大米主食样品在不同消化阶段中污染物镉的消化释放有显著差异,已消化释放出的镉在不同时间和消化部位还会被重新吸附结合,使镉释放率增加又降低;在小肠1~3 h消化时间下,米饭中镉消化释放率显著大于米线样品,而小肠消化3h后,则相反。该研究结果可作为大米及制品中污染物镉生物可给性的研究基础,为进一步合理食用和风险暴露评估提供参考。     

防治大米镉污染的生物及农作技术研究进展

从分析中国大米镉污染的严峻程度和地域分布现状着手,综述采用生物技术及杂交技术和基因工程技术改变水稻的性状进而降低大米中镉的富集,微生物吸附和发酵等技术降低大米镉含量的方法;还从农作技术方面介绍添加不同肥料以降低土壤镉含量的方法。指出利用基因工程直接进行转基因和靶基因的敲除与敲低的方法虽然精准高效,但在食品安全方面尚存在争议。而通过筛选低镉富集品种,杂交技术和微生物转化镉大米则为防治大米镉污染提供了有效的生物技术途径,在土壤中添加不同的肥料降低土壤镉含量的方法的农作技术,对于当前的农业生产来说是成本低且行之有效的方法。     

土壤重金属镉污染现状、危害及治理措施

镉是农田土壤污染中最常见的金属元素,也是一种剧毒金属,对食品安全乃至人类健康都构成了极大的威胁。不同的自然和人为因素是造成镉污染的主要原因,使得镉污染物最终在土壤中汇集,由于镉的微生物或化学损失极小,所以它能在土壤中长期存在,从而进入食物链。土壤是构成生态系统的基本环境要素,是人类生存和发展的重要物质基础。土壤中镉污染是一个普遍存在的环境问题,严重威胁着土壤资源的可持续利用和粮食的安全种植。本文通过对国内外土壤中镉的污染现状、污染来源以及对人类健康危害进行分析,综述了物理、化学、生物修复以及综合治理措施。最后针对珍贵的黑土资源中镉污染现状、危害及治理措施进行展望。拟为减少重金属镉污染造成的土壤污染,恢复受污染土壤的生态功能提供依据。     

镉超标大米水解糖发酵生产2-酮基葡萄糖酸过程中镉的迁移规律

目的 揭示以镉超标大米为原料发酵生产2-酮基葡萄糖酸过程中镉的迁移规律,并获得符合食品抗氧化剂D-异抗坏血酸钠合成要求的2-酮基葡萄糖酸。方法 以正常大米、镉超标大米和混合大米为原料,系统分析大米糖化、种子培养、2-酮基葡萄糖酸发酵、发酵产物提取等过程中镉的含量和分布,确定镉的迁移规律及其对2-酮基葡萄糖酸发酵性能和D-异抗坏血酸钠产品品质的影响。结果 大米原料和辅料碳酸钙中的镉的含量对2-酮基葡萄糖酸发酵性能影响不显著;发酵产物的提取过程有效降低了2-酮基葡萄糖酸中的镉含量,提取过程中产生的酸化废渣（主要由硫酸钙和菌体组成）可富集90%以上的镉;以镉超标大米为原料制备的D-异抗坏血酸钠的质量符合国家标准要求,未检出镉的存在。结论 该研究为综合利用镉超标大米生产2-酮基葡萄糖酸、进而生产高附加值的食品添加剂D-异抗坏血酸钠提供了理论依据和技术支撑。     

含镉稻米的分布及治理技术概述

镉是一种重要的重金属污染物,可经土壤、粉尘和农作物进入食物链. 稻米易于富集土壤和环境中的镉,给消费者健康带来潜在风险. 我国土壤中的镉含量存在地域不均一性,个别地区由于地质原因或工业、采矿污染,土壤镉含量偏高,导致当地生产的稻米镉超标. 为应对稻米镉污染问题,目前已开展了土壤修复治理、水稻品种改良和稻米降镉加工利用等方面的研究. 总结了中国土壤和稻米镉污染现状,分析了影响稻米富集镉的主要因素,概述了国内外稻米镉污染治理的新方法,为开展镉污染稻米治理及利用提供建议.     

A model of cadmium accumulation in the liver and kidney of sheep derived from soil and dietary characteristics

BACKGROUND: Cadmium accumulates in sheep tissues and often approaches the legal limit for human consumption in kidneys. Previous models have focused on transfer from plants to sheep but have restricted value due to seasonal and species variation in plant cadmium concentration. We created a model for the accumulation of cadmium in sheep using empirical relationships previously derived for accumulation in sheep kidney and liver from feeds, together with equations for accumulation in feeds derived from soil characteristics. The combined model relates soil cadmium to liver and kidney concentrations. RESULTS: Sensitivity analysis demonstrated that the kidney accumulated cadmium faster than the liver and the greatest influence was the total cadmium concentration in the soil. The weight gain of the sheep and soil pH where the feed was grown had relatively minor influences on cadmium concentration in liver or kidney. CONCLUSION: A combined model of soil, plant and sheep kidney and liver characteristics enables concentrations of cadmium in sheep liver and kidney to be predicted from soil characteristics. This will enable the long‐term risks of specific sites to be predicted with greater accuracy than if just plant cadmium concentrations were utilized. Copyright © 2010 Society of Chemical Industry     

苏州市地产大米重金属污染状况及人群膳食暴露风险评估

目的 研究苏州地产大米中铅、镉、总汞、总砷4种重金属污染状况, 并评估4种重金属对苏州居民的膳食暴露风险。方法 2019年从苏州市属9个区县采集本地产大米93份, 采用国标方法检测其中铅、镉、总汞、总砷4种重金属的含量, 依据GB2762-2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》对样品中重金属超标情况进行判定; 采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法评价大米中4种重金属的污染程度; 采用简单分布模型(确定性评估)的方法评价大米中重金属对苏州居民造成的膳食暴露风险。结果 全部大米样品中铅、镉、总汞、总砷4种重金属均未超过国家限量标准, 铅、镉、总汞和总砷污染水平均值分别为0.0208、0.0419、0.0027和0.0701 mg/kg, 各区县大米中重金属含量水平之间无统计学差别。大米中4种重金属单项污染指数均小于0.7, 污染程度处于优良水平; 综合污染指数小于0.7, 污染程度处于安全水平。苏州地产大米中铅的污染对苏州本地居民95%的儿童及所有成人均不会产生健康危害, 但可能对5%的儿童(高食物消费暴露者)产生潜在健康影响; 镉、总汞、总砷污染对成人和儿童均不会产生健康危害。结论 苏州市地产大米中重金属污染水平较低; 大米中铅的污染可能对高食物消费暴露儿童存在潜在健康危害。     

Alternate wetting and moderate soil drying increases grain yield and reduces cadmium accumulation in rice grains

BACKGROUND: Rice is the most important staple food in Asia but has also been identified as one of the major sources of cadmium (Cd) intakes for some Asian population. This study investigated whether grain yield could be maintained but Cd in grains be reduced through proper irrigation management when rice was grown in Cd‐contaminated soil. RESULTS: Compared to the well watered treatment, the alternate wetting and moderate soil drying (MD, re‐watered when soil water potential decreased to ?20 kPa) increased grain yield by 10–12% and improved milling and appearance quality of rice when grown in a soil containing a water‐soluble Cd content of 18 g kg^?1. An alternate wetting and severe soil drying (SD, re‐watered when soil water potential decreased to ?40 kPa) showed an opposite effect. Both MD and SD significantly increased Cd content in roots while they reduced it in the straw. MD reduced Cd content by 19–21% in the grain and by 40% in milled rice. The SD significantly increased Cd content in the grain but reduced it in milled rice. CONCLUSION: An alternate wetting and moderate soil drying could increase rice yield and quality and also reduce Cd in the diet of rice. Copyright © 2009 Society of Chemical Industry