镉对玉米的毒害机理及积累和转运机制

由于工矿业的不合理发展,玉米(Zea mays L.)农业生产受到了土壤镉(Cd)污染的威胁。由于在Cd胁迫下玉米产量与品质降低,故外源Cd对玉米的毒害作用及其机理受到广泛关注。同时,玉米对Cd的吸收与积累导致Cd可能通过玉米产品进入食物链,威胁人类健康,因此对玉米Cd转运和积累机制的研究已经成为分子生物学与植物生理学研究的热点之一。文章通过介绍Cd胁迫对玉米内源性植物激素系统、光合作用、水分及矿质元素吸收的影响,分析Cd毒害机理,探讨了Cd在玉米中短距离运输和长距离运输的途径及镉移动过程中的积累机制,并提出了降低玉米Cd积累的农艺防控措施,以期为后续的研究提供新的思路与方向。     

水稻中镉积累状况及控制的研究进展

镉(Cd)是一种释放到农业环境中的有毒金属,会导致植物生长和生理发生许多变化。水稻中Cd的积累及其随后向食物链的转移是世界范围内的主要环境问题,严重威胁着人类的粮食安全。剖析Cd在水稻中积累的原因,有助于减少Cd在水稻中的积累,提高大米的品质。在本研究中,首先回顾了我国水稻中Cd积累的原因,包括灌溉水、施肥、土壤酸化、土壤氧化还原电位变化。接下来讨论了减少水稻Cd积累的方法,包括水稻新品种的选育、土壤修复、田间管理、改变耕作模式等。这些结果将有助于解决Cd在水稻中的积累问题,确保我国的食品安全,减少Cd对国民的健康风险。     

烟草对污染土壤中镉胁迫的响应机制及影响因素研究进展

低危害烟叶的开发研究一直是国内外烟草研究的热点。大量研究表明,土壤镉(Cd)污染是影响我国烟草品质安全性的主要因素之一。烟草属于易累积Cd的作物之一,Cd污染胁迫不仅影响烟草的生理过程,同时也会降低烟叶的品质。笔者针对目前国内外对Cd在土壤-烟草系统中的迁移、转化规律及其影响因素进行了综述,并对降低烟草Cd吸收的主要措施及相关研究进行了展望。     

烟草对镉的吸收及控制措施研究综述

综述了烟叶中镉的含量、转运、吸收,以及镉在烟株地上和地下部、不同叶位及叶片中的分配,并对影响烟叶中镉积累的因素进行了分析,提出了控制烟草镉积累的建议.     

不同吸镉能力油菜各器官累积镉的差异

对筛选出的高吸镉能力和低吸镉能力油菜品种进行全生育期土培盆栽实验,研究两个油菜品种各器官吸收累积镉特征及体内镉分配差异。试验结果表明,两个不同吸镉能力油菜品种全生育期地上部总吸镉量与苗期地上部吸镉量高低一致,地上部不同器官累积镉量两个品种存在显著差异。随土壤镉含量的增加,高吸镉能力油菜朱苍花籽地上部吸收的镉主要转运至叶中,而低吸镉能力油菜川油Ⅱ-93则主要转运至茎中。在土壤镉含量大于1mg·kg^-1时,高吸镉能力油菜籽粒中镉含量显著高于低吸镉能力油菜,当土壤镉含量小于lmg·kg^-1时则相反。两个油菜品种地上部吸收的镉主要累积在茎和叶中,各器官中镉含量两品种均表现为叶〉茎〉角果壳〉籽粒。     

镉浓度对烤烟幼苗镉含量及生长和生理指标的影响

为了探索重金属镉对烟草的危害机理,采用水培试验,调查了不同镉浓度处理在烟草幼苗各部位不同提取态的镉含量以及烟草幼苗干物质积累量、根系活力、叶绿素含量、硝酸还原酶活力和丙二醛含量等生理指标的变化。结果表明,烟草根系镉（Cd）以去离子水提取态为主,其次为醋酸提取态,叶片中Cd主要以醋酸结合态存在。随着镉浓度的提高,Cd存在由活性弱的化学形态向活性强的形态转化的趋势,干物质量的积累先升高后降低;不同Cd浓度处理时,烟草幼苗Cd含量表现为：茎>根>叶,随着Cd处理浓度的提高,烟草幼苗中的Cd更多的富集在烟苗的根部和茎部。根系活力和叶绿素含量逐渐降低;硝酸还原酶活性呈先升高后降低,丙二醛含量则反之。因此,与对照相比,低浓度Cd处理在一定程度上刺激烟草幼苗的某些生理活性,使其呈现更高的生物活性,但高浓度Cd处理则极显著抑制烟草幼苗的生长,使其各项生理活动降低,最终影响其正常的生长。     

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。     

烟草对镉的吸收积累特性及镉的化学形态分布

为明确烟草对重金属镉(Cd)的吸收积累特性及其化学形态分布特点,采用水培试验研究了烟草对Cd的吸收特性,以及在不同Cd浓度下烟草根茎叶Cd含量(质量分数)及其化学形态分布。结果表明,烟草对Cd的吸收量随着Cd处理时间的推移呈现先降低后升高的趋势,达到240μg·株~(-1)时趋于稳定,之后又有所降低。烟草对Cd的吸收速率则呈现高-低-高的变化趋势,烟草移栽入含Cd培养液中4~5 h时,对Cd吸收速率最高。随着Cd处理浓度的增加,烟草干物质的积累量先升高后降低,低浓度Cd处理的烟草干物质量增加。不同Cd浓度处理,烟草不同部位Cd含量排序依次为茎根叶,且随着Cd浓度的增加各部位的Cd含量均增加。烟草根系中Cd以去离子水提取态为主,其次为醋酸提取态,叶片中Cd主要以醋酸结合态存在。Cd处理浓度提高时,烟草中Cd由活性弱的化学形态向活性强的形态转化。     

表没食子儿茶素没食子酸酯对米饭中污染物镉的肠吸收转运的影响

近年随着水体和土壤污染的加剧,我国大米镉污染的形势也愈发严峻。人体的镉暴露途径主要是膳食,镉消化后主要在机体内的小肠部位吸收。本研究首先测定大米及蒸煮米饭中污染物镉的含量,利用已建立的体外口腔-胃-肠消化模型来测定米饭消化后镉的生物可给性,最后采用Caco-2/HT-29细胞共培养肠吸收模型来研究表没食子儿茶素没食子酸酯（(-)-epigallocatechin-3-gallate,EGCG）干预对米饭中镉吸收转运率的影响。结果表明：胃消化2 h的生物可给性为（73.58±1.92）%,肠消化7 h的生物可给性为（36.29±1.25）%;EGCG干预后米饭消化液中镉的吸收转运率显著降低,与对照组相比,21.82 μmol/L和43.64 μmol/L EGCG使镉的吸收转运率分别降低了5.56%和13.89%,该研究为镉暴露地区人群的膳食策略提供了新的思路。     

铅锌矿周围土壤重金属形态分布研究

采用《中国地质调查局地质调查技术标准》(DD2005-03)提取方法对广西某铅锌矿周围的表层土壤进行重金属形态(镉、铅、锌、铜、砷、铬、汞)进行提取和分析。分析结果显示,土壤中重金属提取率在80.4%~104.49%;Cu、Cr、As和Hg的各形态分布主要以残渣态为主,明显高于其他组分,Cd在土壤中水溶态、离子交换态和碳酸盐态的含量所占比例最高,Pb的残渣态和铁锰强氧化态含量较高;Cd的生物可利用性和重金属迁移性最强,最容易被植物吸收;As、Hg和Cr的残渣态含量高,生物可利用性和重金属迁移性最差。研究结果表明该铅锌矿周边地区的土壤受到多种重金属的复合污染,其中以镉和锌污染最为严重,污染情况分布与与矿山的距离关系不大,主要是矿山开采和选矿过程中造成周围的土壤污染,为日后矿区土壤修复工作提供理论支持。     

烤烟品种对镉吸收累积敏感性差异研究

为分析烟草全生育期对镉（Cd）吸收、累积及分配的品种间差异,筛选低Cd吸收品种,通过盆栽土培法并外源添加cd,研究了不同Cd水平对10个烤烟品种生长和cd分布的影响。结果表明,Cd对烤烟生长的影响存在显著的品种差异,NC89、龙江851和翠碧1号的根系对Cd毒害反应较敏感,云烟85和豫烟3号的根系对Cd耐性较强,低、高Cd对烤烟叶片生长都有促进作用,且烤烟根系比叶片对Cd毒害的反应更敏感。烤烟不同器官中对Cd含量和积累量都存在显著的品种间差异,其中叶片Cd含量中烟100、翠碧1号、云烟87和豫烟3号较低;不同烤烟品种对土壤cd变化的敏感响应程度不同,中烟100、红花大金元和NC89对Cd敏感性较低。     

姬松茸对有害重金属镉的吸收富集规律及控制技术研究

研究姬松茸(Agaricus balzei Murrill)对有害重金属镉(Cd)的吸收富集规律,筛选低积累镉的姬松茸菌株,通过在培养料中添加有益金属元素来控制姬松茸子实体中的镉含量.共做两次姬松茸栽培试验,试验结果表明,姬松茸-培养料系统中镉的吸收富集规律为Y=65.308X+3.129(X、Y分别为培养料、姬松茸子实体中镉的含量),相关系数R2=0.9309.说明姬松茸对重金属镉的富集能力很强,富集系数65.235～108.135,说明培养料中镉含量对子实体中镉含量存在较大影响.比较7个姬松茸菌株(0号、1号、2号、3号、5号、8号和13号)对镉的吸收富集试验.结果姬松茸1号对镉的吸收富集作用最低,比镉积累最多的姬松茸0号菌株的镉含量低61.11%.当培养料中添加有益金属元素Cu2+、Fe2+、Ca2+的浓度比例为3mg/kg:3mg/kg:3%时,降低姬松茸产品中镉的效果最好,镉的含量比对照低35.21%.     

重金属镉在烤烟中的累积分配

为控制或减少烟叶中的重金属含量,提高卷烟产品的安全性,采用盆栽和室内分析测试相结合的方法,研究重金属镉(Cd)在烤烟中的累积分布。研究结果表明,Cd在烤烟根系和茎中的含量较低,叶片中含量较高,吸收的Cd 80%以上分布在叶片中;Cd在烤烟中的迁移性较强,烤烟对Cd的耐受力较强。因此,烤烟种植时应选择Cd含量较低的土壤,防止重金属在烤烟中累积,危害吸食者。     

NtNramp1基因参与不同镉积累基因型烟草品种镉积累差异的功能解析

【目的】探究不同品种烟草镉积累差异的分子机制。【方法】采用同源克隆方法从烟草不同镉积累基因型品种中克隆拟南芥At Nramp1同源基因Nt Nramp1;应用生物信息学方法分析烟草不同镉积累基因型品种中Nt Nramp1基因序列差异;通过酵母异源表达系统研究烟草不同镉积累基因型品种的Nt Nramp1对镉的转运活性差异。【结果】金英和Komotini Basma两个烟草品种对镉的积累存在显著差异;从镉积累显著差异的两个烟草品种中克隆到的Nt Nramp1基因(分别命名为Nt Nramp1a和Nt Nramp1b)编码区存在57个单碱基差异,其中Nt Nramp1a 1305位碱基变异(GA)导致所编码蛋白比Nt Nramp1b编码蛋白缺少C端两次跨膜;酵母异源表达结果表明来自低镉含量品种金英的Nt Nramp1a转运镉的活性比来自高镉含量品种Komotini Basma的Nt Nramp1b转运镉活性显著降低。【结论】金英和Komotini Basma两个烟草品种中Nt Nramp1蛋白活性差异是导致两烟草品种镉积累差异的重要原因。     

烤烟和白肋烟吸收积累铅、镉的生育期动态

通过不同含量Pb与Cd处理的盆栽试验,测定了团棵期、旺长后期、初花期和盛花期烤烟和白肋烟烟叶中Pb与Cd的含量,并分析了烤烟和白肋烟对Pb与Cd的吸收差异.结果表明:①从团棵期到初花期,烤烟和白肋烟烟叶中Pb含量持续降低,初花期至盛花期烟叶中的Pb含量升高,初花期至盛花期是烤烟和白肋烟吸收Pb的敏感期;添加外源Pb与Cd会改变烤烟和白肋烟吸收积累Pb的动态,主要表现为增加了一个敏感期,即移栽到团棵期.②从团棵期到初花期烤烟烟叶中Cd含量持续降低,初花期至盛花期烟叶中的Cd含量又提高,烤烟吸收积累Cd的敏感期为初花期到盛花期.③从团棵期到初花期未添加Pb与Cd处理的白肋烟中Cd含量持续降低,初花期到盛花期烟叶中的Cd含量提高;而添加Pb与Cd的处理,从团棵到旺长后期白肋烟烟叶中Cd含量升高,旺长后期至初花期降低,初花期至盛花期Cd含量又升高,表现出波浪形变化的趋势.未添加Pb与Cd的白肋烟吸收积累Cd的敏感期为初花期到盛花期,而添加Pb与Cd的白肋烟吸收积累Cd的敏感期为团棵期到旺长后期与初花期到盛花期两个阶段,添加外源Pb与Cd明显改变了白肋烟吸收积累Cd的动态,主要表现为增加了一个敏感期.④烤烟和白肋烟对Cd的吸收强于对Pb的吸收,添加外源Pb与Cd总体上加剧了这一趋势,但团棵期白肋烟表现不显著.     

石墨炉原子吸收法与ICP-MS法测定皮革中镉的比较

对皮革样品进行微波消解后,样液分别采用石墨炉原子吸收法与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS法)检测皮革中的镉含量,在阐述用ICP-MS法测定时正确选择内标元素对镉同位素111Cd和114Cd结果差异影响的基础上,研究表明在正确选择内标元素的情况下,ICP-MS法与石墨炉原子吸收法测定镉结果一致。     

三疣梭子蟹和虾蛄中镉的化学形态分析

本文针对三疣梭子蟹和虾蛄等甲壳类动物具有富集镉的特性,研究了运用体积排阻色谱-高效液相色谱电感耦合等离子体质谱联用技术(SEC-HPLC-ICP-MS)首次对三疣梭子蟹和虾蛄可食用组织中镉的形态进行分析,研究结果显示梭子蟹肝胰腺中总镉含量高于肌肉组织,且不同样品总镉含量差异很大,镉的形态也存在很大差异。总镉含量高的梭子蟹肝胰腺组织中Cd主要以Cd-MT(金属硫蛋白)形态存在,而总镉含量低的梭子蟹肝胰腺组织中Cd主要以Cd-Cys(半胱氨酸),梭子蟹的肌肉组织中Cd主要以Cd-Cys形态存在。虾蛄的肌肉组织中Cd主要以Cd-MT形态存在。基于本文的研究结论,建议对我国国家标准中甲壳类镉的限量标准做进一步评估和再评价研究。     

外源褪黑素对镉胁迫下小麦幼苗生长生理特征及镉含量的影响

以小麦矮抗58为研究对象,采用室内培养实验对不同浓度镉(Cd)胁迫下外源褪黑素处理对小麦幼苗生长生理特征及Cd含量进行了研究。结果显示：在Cd胁迫下,外源褪黑素处理在一定程度上促进了小麦幼苗的生长;随着褪黑素浓度的增加,小麦芽中超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性和过氧化物酶活性总体上呈先增加后降低的趋势,丙二醛含量则在低浓度Cd胁迫下有所降低、在高浓度Cd胁迫下有所增加;外源褪黑素在一定程度上显著降低了小麦根部和芽中的Cd含量,在低水平Cd胁迫浓度(100μmol·L^-1)时,Cd在小麦中的转移系数显著增加,说明外源褪黑素在影响小麦对Cd吸收的同时促进了Cd在小麦中的转移,但在Cd浓度增加的情况下,较高浓度褪黑素对Cd在小麦幼苗中转移的影响并不显著。     

烤烟品种K326和云烟87对镉胁迫的生理响应及抗性差异

水培条件下,研究镉(Cd)胁迫后2个常用烤烟品种(K326和云烟87)对Cd的吸收及Cd在细胞中的分布,比较Cd处理前后烟株的生物质积累、叶绿素含量、根系活力、叶表及根尖微结构的变化.结果表明,外源Cd处理使K326的生物量比对照降低37.7%,云烟87生物量降低76.2%;K326的总叶绿素含量比对照降低64%,云烟87的降低53%;K326根的活跃吸收面积比对照降低33.3%,云烟87的降低13.9%.不加Cd时,2种烟草气孔大小均一,密度相近,Cd处理后,两者的气孔均减小,密度增大.在Cd的影响下,K326品种的细胞直径下降了35%,云烟87的下降不显著.Cd处理使完整饱满的根尖变得皱缩平秃.Cd处理使K326叶表腺毛腺头变小、腺毛变细,尤其腺基部变细更明显;Cd处理使云烟87叶表腺毛发育相对延迟.Cd主要存在于K326和云烟87的根部,分别占总量的82%和89.4%,在叶细胞的5个组分中,以可溶性组分中最高,且K326中Cd的含量高于云烟87.从生物质积累量来看,Cd处理对K326的影响小于对云烟87的影响,两个烟草品种耐受Cd的能力差异较大.     

不同年生西洋参中铅、镉含量分析

采用微波消解- 石墨炉原子吸收法对不同年生、不同地块西洋参中的毒害元素铅(Pb)、镉(Cd)进行检测分析。结果表明,同一地块西洋参随着生长年份的增加,Cd、Pb 元素的含量有所提高,呈现随年份增加在根内积累的规律;不同地块,相同生长年份西洋参Cd、Pb 元素含量存在差异。方法检出限分别为Pb 3.545ng/ml,Cd0.225ng/ml;测定精密度的RSD 分别为Pb 1.5%,Cd 1.0%;回收率分别为Pb 113.57%,Cd 94.28%。