花生镉污染研究进展

花生既是世界主要的油料作物,又是重要的植物蛋白来源和食品加工原料．随着花生直接食用和食品加工的不断增加,国际上对花生籽粒Cd含量问题越来越关注．我国是世界上重要的花生生产国和出口国．近年来,花生Cd含量偏高已经成为制约我国出口贸易的重要因素．本文从花生籽粒Cd富集能力、花生Cd含量的种内差异、籽粒中Cd的分布规律、影响花生籽粒Cd积累的机制和降低花生籽粒Cd含量技术等方面,对花生Cd污染研究的现状与问题进行了论述．指出在花生cd污染控制方面有2种策略可以考虑,一是降低花生对土壤Cd的吸收;二是控制Cd向籽粒的迁移富集．为此需要从3个方面加强对花生籽粒Cd积累机制的研究,即花生根系活性特征参数及其与籽粒Cd积累的关系;花生果荚Cd吸收机制及其对籽粒Cd含量的贡献;花生植株体内Cd迁移机制及其与籽粒Cd含量的关系．     

植物吸收、转运和积累镉的机理研究进展

重金属镉(Cd)虽然不是植物生长的必需矿质元素,但依然能被植物吸收。且部分植物具有富集镉的特点,从而导致农产品镉含量超标,并通过食物链危害人类健康。研究植物吸收、转运和积累Cd的机理,对于培育低镉作物品种、降低农产品镉含量,以及选育超富集镉植物,修复镉污染土壤具有重要意义。从影响植物吸收Cd的因子,植物吸收、转运和积累Cd的机理以及植物拒Cd和富集Cd的分子机制等方面进行综述,以期为低镉作物的研究以及Cd污染土壤的综合治理提供一些参考。     

镉胁迫下春小麦中镉的分布、富集及转移规律

采用盆栽试验,研究了镉胁迫下重金属镉(Cd)在春小麦中的分布、富集及转移规律。结果表明:Cd胁迫下,小麦根、茎、叶和籽粒中Cd积累量随外源Cd的增加而增加,小麦不同部位Cd积累量为根叶茎籽粒;籽粒中Cd含量与土壤中Cd显著相关;小麦不同部位对Cd的富集能力差异显著,且随外源Cd处理浓度的增加,各部位富集系数逐渐降低,低Cd浓度时各部位更易富集Cd;小麦植株地上部的转移系数亦呈递减趋势为茎、叶籽粒;在春小麦全生育期,土壤中Cd含量无明显变化,根对外源Cd的富集吸收于生育期70d左右达峰值,小麦植株中的Cd也在80d左右达到峰值后逐步减少,表明植株中的Cd,随籽粒的成熟逐步转移至籽粒。     

土壤类型与作物基因型对花生籽实镉积累的影响

以花生主产区的棕壤和潮土为供试土壤,以种植面积最大的白沙1016、花育22和湛油27基因型花生(Arachis hypogaea)为供试作物,采用不添加Cd(对照)和添加Cd(1.5 mg·kg^-1)处理进行盆栽试验,研究土壤类型和作物基因型对花生籽实Cd积累的影响.结果表明：两种土壤对照处理的3种基因型花生籽实Cd含量均低于国家食品安全标准,而Cd处理下均高于食品安全标准. 同种土壤Cd处理3种基因型花生籽实Cd含量显著高于对照,不同基因型间表现为湛油27＞白沙1016＞花育22,棕壤花生籽实Cd含量及总量均高于潮土. 对照处理3种基因型花生籽实Cd生物富集系数均大于1.0,Cd处理下多小于1.0,表明花生籽实对土壤中Cd的累积能力较强,土壤Cd含量进一步增加时,其生物富集能力降低.     

土壤类型与作物基因型对花生籽实镉积累的影响

以花生主产区的棕壤和潮土为供试土壤,以种植面积最大的白沙1016、花育22和湛油27基因型花生(Arachis hypogaea)为供试作物,采用不添加Cd(对照)和添加Cd(1.5 mg· kg-1)处理进行盆栽试验,研究土壤类型和作物基因型对花生籽实Cd积累的影响.结果表明:两种土壤对照处理的3种基因型花生籽实Cd含量均低于国家食品安全标准,而Cd处理下均高于食品安全标准.同种土壤Cd处理3种基因型花生籽实Cd含量显著高于对照,不同基因型间表现为湛油27＞白沙1016＞花育22,棕壤花生籽实Cd含量及总量均高于潮土.对照处理3种基因型花生籽实Cd生物富集系数均大于1.0,Cd处理下多小于1.0,表明花生籽实对土壤中Cd的累积能力较强,土壤Cd含量进一步增加时,其生物富集能力降低.     

籽粒镉低积累水稻地上部镉高积累遗传特性分析

农田土壤镉（Cd）污染日益严重,导致稻米Cd含量超标事件频繁出现,使粮食安全问题备受关注。因此,合理利用Cd污染农田、降低水稻籽粒Cd含量成为亟待解决的问题。籽粒Cd低积累水稻雅恢2816的地上部具有较强的Cd积累能力,研究旨在弄清其地上部Cd积累能力的遗传稳定性,进一步揭示控制该性状的遗传基础,为利用分子标记辅助选育地上部Cd富集能力强、籽粒Cd安全的水稻提供途径。以水稻雅恢2816和3个不同品种水稻分别组配获得的F₁为研究对象,分析地上部Cd积累相关性状的杂种优势。进一步以优势组合C268A/雅恢2816构建F₂作图群体,对地上部Cd积累相关性状进行QTL定位分析。结果表明：（1） F₁地上部Cd积累相关性状杂种优势明显,遗传稳定性强。地上部Cd积累相关性状属数量性状,F₂中/超亲分离现象明显。（2）在第4、6号染色体上共挖掘到1个控制水稻地上部生物量和3个控制地上部Cd积累量的QTL位点,分别为qSB-6、qSCdA-4、qSCdA-6-1和qSCdA-6-2,表型贡献率为10.6%—14.4%,且增效等位基因均来自雅恢2816。（3）地上部Cd积累量与地上部生物量、Cd含量,根、糙米的生物量、Cd积累量,根-地上部转移系数均呈极显著正相关,与地上部-籽粒转移系数呈极显著负相关,存在4个QTL集簇区Cl-4-1、Cl-6-1、Cl-6-2和Cl-6-3。（4）区间marker 04171-marker 04197控制着地上部生物量和Cd积累量,与控制糙米Cd含量的QTL不重叠。研究表明：籽粒Cd低积累水稻雅恢2816携带控制地上部Cd高积累的等位基因,可在世代间稳定遗传,QTL位点qSCdA-4、qSCdA-6-1、qSCdA-6-2是控制该性状的重要遗传基础,可为分子标记辅助选育地上部Cd高积累、籽粒Cd低积累水稻提供理论依据。     

不同生长调节物质对水稻生长及镉积累的影响

比较脱落酸(ABA)、乙烯利(ETH)、水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(MeJ A)4种植物生长调节物质(PGR)对水稻生长及籽粒镉(Cd)积累的影响差异。试验采用重金属污染土种植水稻,于分蘖期、灌浆期各进行1次PGR叶面喷施处理,分析灌浆期叶片光合指标,丙二醛(MDA)含量以及收获期各部位生物量和Cd含量。结果表明:(1)低浓度ABA(5mg/L)可维持水稻正常产量;高浓度ABA(15mg/L)则导致产量下降。ETH对水稻地上部生长和单株产量有显著抑制作用,SA和MeJ A(0.56mg/L)均可保证地上部正常生长,维持正常产量。(2)外施4种PGR均抑制灌浆期叶片气孔开放,降低蒸腾速率和光合速率,抑制效果最明显的是高浓度MeJ A(0.56mg/L)。(3)在供试浓度范围内SA、低浓度ABA(5mg/L)以及高浓度MeJ A均可降低灌浆期叶片MDA含量,减少质膜过氧化水平。(4)4种PGR均可降低水稻籽粒Cd含量,其中低浓度ABA(5mg/L)抑制籽粒Cd积累的效应最佳。相关性分析结果表明,PGR抑制籽粒积累Cd的效应与地上部向籽粒转运Cd的调控机制有关,与蒸腾速率无显著相关关系。(5)综上所述,低浓度ABA(5mg/L)处理对水稻产量无影响,且籽粒Cd含量降低程度最大。适当浓度的PGR可降低水稻籽粒Cd含量,在中低度重金属污染农田生态修复实践中具有一定的应用前景,但必须精确控制PGR的处理时间和处理浓度,避免出现抑制生长和降低产量的负效应。     

叶面喷施水溶性壳聚糖和硅肥对两种冬油菜镉吸收的影响

为探究硅肥(Si)和水溶性壳聚糖(WSC)对油菜镉(Cd)含量的影响，在河南省济源市某运行中的典型冶炼厂周边中低度Cd污染农田设置田间试验，选用2种规模化种植的冬油菜甘蓝型秦油1号(QY-1)和白菜型三月黄(SYH)为供试植物，研究叶面喷施Si和WSC对2种供试冬油菜生物量、不同部位Cd含量、生物富集系数的影响。结果表明，与对照相比，叶面喷施2种肥均能降低2种油菜籽粒和豆荚对Cd的吸收。叶面喷施Si和WSC后，QY-1籽粒中Cd含量分别下降8.80%～44.01%和15.01%～37.77%;SYH籽粒中Cd含量分别下降20.94%～32.42%和14.33%～28.65%。2种油菜籽粒和豆荚均在喷施2次Si肥的处理下，Cd含量达到最低，喷施一次WSC的处理次之。经叶面肥处理后，与SYH相比，QY-1的生物量更高，Cd富集能力更低，因此，QY-1更适合应用于轻中度Cd污染土壤的安全生产。综上所述，在我国典型冶炼厂周边中低度Cd污染农田采用低富集冬油菜品种结合喷施叶面肥可以初步实现污染土壤的安全利用。     

德国鸢尾对Cd胁迫的生理生态响应及积累特性

通过盆栽研究了Cd胁迫下德国鸢尾的生长状况、生态效应、生理特性及吸收和富集Cd的能力.结果表明:德国鸢尾对小于5 mg/kg的Cd有较强的耐性,适用于城区土壤修复;Cd浓度大于5 mg/kg时抑制德国鸢尾生长,降低了其生态效应.随着Cd浓度的增大,德国鸢尾根系活力、叶绿素含量和含水量逐渐降低,游离脯氨酸和可溶性糖含量先升高后降低,细胞膜透性逐渐升高.Cd在德国鸢尾体内分布为根系＞地上部分,随着Cd浓度的增大,德国鸢尾根系和地上部分Cd积累浓度逐渐升高、富集系数和转运系数逐渐降低;Cd浓度为20 mg/kg时德国鸢尾对Cd的积累量最大,为2.122 mg/plant.     

郑汴路路旁土壤-小麦系统重金属积累及其健康风险评价

按离路基不同距离采集土壤、麦苗和籽粒样品, 在测定样品重金属 (Pb、Cd、Zn、Cr和Cu) 的基础上, 开展了路旁土壤-小麦系统重金属分布、积累和污染状况分析, 并对膳食小麦 (Triticumaestivum) 引起的健康风险进行了评价。结果表明:1) 土壤-小麦系统重金属含量随着离开路基距离的增加呈先增加后减少的趋势, 土壤重金属含量>麦苗重金属含量>籽粒重金属含量。2) 麦苗和小麦籽粒对土壤重金属富集能力的大小顺序均为Cu>Cd>Zn>Pb>Cr, 麦苗对重金属的富集能力大于小麦籽粒。3) 膳食小麦所致的Cd个人健康风险较大。     

钙对镉胁迫下花生生理特性、产量和品质的影响

通过盆栽试验,选用高油品种豫花15和高蛋白品种XB023,研究了不同浓度钙对镉胁迫下不同类型花生品种营养生长、叶片叶绿素含量、光合速率、保护酶活性等生理特性及产量和品质的影响.结果表明： 施钙可以缓解镉胁迫对花生植株主茎高和侧枝长的抑制作用,增加花生植株干物质量,提高叶片叶绿素含量和光合速率,提高叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）活性和可溶性蛋白质含量,降低丙二醛（MDA）的积累量,减轻镉胁迫对花生叶片的伤害;施钙可以缓解镉胁迫对花生的减产作用,增加花生荚果和籽仁产量,其增产的主要原因是增加了单株结荚数和出仁率;施钙可以促使籽仁中可溶性糖向粗脂肪和蛋白质转化,增加籽仁中脂肪和蛋白质含量,改善镉胁迫下花生籽仁品质.施钙可以降低两花生品种籽仁中镉含量,对豫花15的降低效果好于XB023.     

Uptake and partitioning of cadmium by cultivars of peanut (Arachis hypogaea L.)

Cadmium has been found to accumulate in peanut (Arachis hypogaea) kernels to levels exceeding the current maximum permitted concentration in Australia of 0.1 mg kg^-1. Little is known of the mechanisms of Cd uptake into kernels by cultivars of peanut, so the aims of the experiments reported here were to determine if Cd is absorbed directly through the pod wall or via the main root system, and if differences exist between cultivars in this respect. Split-pot soil and sand/nutrient solution experiments were performed with two cultivars of peanut (cv. NC7 and Streeton) known to accumulate Cd to different levels in the kernel. The growth medium was separated into pod and root zones with Cd concentrations in each zone varied. In confirmation of previous field trial results, cv. NC7 had higher concentrations of Cd in kernels, given the same Cd levels in the external medium (solution or soil). Despite total Cd uptake by cv. NC7 being similar to cv. Streeton, cv. NC7 appeared to retain more Cd in the roots and translocate less Cd to shoots. Results from both soil and sand/solution culture indicated that the dominant path of Cd uptake by peanut was via the main root system, with direct pod uptake contributing less than 5% of the total Cd in the kernel. There was little difference between cultivars in this characteristic. This indicates that unlike Ca nutrition of peanuts, agronomic techniques to manage Cd uptake will require modification of soil to the full depth of root exploration, rather than just the surface strata where pods develop. Cadmium concentrations in testa were up to an order of magnitude higher than in the kernel, indicating that blanching of kernels would be effective in reducing Cd in the marketed product. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

Subcellular Distribution and Chemical Forms of Cadmium in the Medicine Food Homology Plant <i>Platycodon grandiflorum</i> (Jacq.) A.DC.

Although Platycodon grandiflorum (Jacq.) A.DC. is a renowned medicine food homology plant, reports of excessive cadmium (Cd) levels are common, which affects its safety for clinical use and food consumption. To enable its Cd levels to be regulated or reduced, it is necessary to first elucidate the mechanism of Cd uptake and accumulation in the plant, in addition to its detoxification mechanisms. This present study used inductively couple plasma-mass-spectrometry to analyze the subcellular distribution and chemical forms of Cd in different tissues of P. grandiflorum. The experimental results showed that Cd was mainly accumulated in the roots [predominantly in the cell wall (50.96%–61.42%)], and it was found primarily in hypomobile and hypotoxic forms. The proportion of Cd in the soluble fraction increased after Cd exposure, and the proportion of insoluble phosphate Cd and oxalate Cd increased in roots and leaves, with a higher increase in oxalate Cd. Therefore, it is likely that root retention mechanisms, cell wall deposition, vacuole sequestration, and the formation of low mobility and low toxicity forms are tolerance strategies for Cd detoxification used by P. grandiflorum. The results of this study provide a theoretical grounding for the study of Cd accumulation and detoxification mechanisms in P. grandiflorum, and they can be used as a reference for developing Cd limits and standards for other medicine food homology plants.     

Cadmium-induced alterations in morpho-physiology of two peanut cultivars differing in cadmium accumulation

This study examines differences in the morpho-physiological responses of low- and high-cadmium (Cd) accumulating peanut (Arachis hypogaea L.) cultivars to Cd stress. The biomass, Cd accumulation, leaf gas exchange, root morphology, root respiration, and hydraulic conductivity of Qishan 208 (low-Cd accumulator) and Haihua 1 (high-Cd accumulator) were determined via a hydroponic experiment. Exposure of peanut plants to 2 and 20 μM Cd considerably decreased their shoot biomass, net photosynthetic rate, transpiration rate, stomatal conductance, total root length, number of root tips, root respiration, and hydraulic conductivity. The root biomass, root surface area, and average diameter were unaffected by Cd exposure. The two cultivars differed in Cd accumulation and morpho-physiological responses to Cd stress. Qishan 208 accumulated less Cd in plant tissues but was more sensitive to Cd stress than Haihua 1. The total root length, surface area, average diameter, number of root tips, and root respiration rate of Haihua 1 were significantly higher than those of Qishan 208. The well-developed root system and higher root respiration of Haihua 1 may be responsible for its high Cd accumulation capacity.     

落花生不同器官对硒元素吸收和累积动态的研究

通过盆栽试验研究了落花生(Arachis hypogaea L.)对硒元素的生物富集作用。结果表明:随着生长发育期的推进,落花生对硒的生物累积作用呈动态变化,表现在植株体内硒的含量、硒元素累积进程及其贮量上。硒在植株内的累积以下针期为转折点,呈前轻后重之势,全株中55％的硒是结荚后累积的,下针期前硒以叶片为累积贮存中心,其后以荚果为中心,硒在植株内趋向于分布在植株生长旺盛的器官。成熟收获后,植株不同器官的贮量以果仁>叶>果壳>茎>根,含量分布为果仁>根>果壳>茎>叶。     

水稻土施硅对土壤-水稻系统中镉的降低效果

水稻中镉的积累造成人类健康的风险,增加水稻硅素能减轻镉中毒症状,降低稻米镉积累,但是硅对重金属的作用机理尚不清楚。主要研究了在中度和高度镉污染的土壤中,通过施用固态和液态的富硅物质对土壤-水稻系统中镉的吸收和转运的影响,探明决定镉和硅在根与芽的质外体和共质体中的作用机理。试验结果表明:(1)在中度和高度污染的土壤中,镉在土壤-作物系统中的转移和积累情况是不同的,可以通过富硅物质中的单硅酸与镉离子的相互作用,增加镉在硅物质表面的吸附来减少镉在土壤中的流动;(2)富硅物质可以降低水稻根和芽中镉的积累,在高度镉污染的情况下,施用硅可以使镉大量积累在水稻根及其共质体中,并降低根及其共质体中镉的转换和积累;(3)新鲜土壤中水萃取态的单硅酸含量与镉在土壤-作物系统中的流动性、转运以及积累等主要参数密切相关。     

镉和砷在植物中的积累及其分子调控机制研究进展

植物源食物是人类摄入有毒金属元素镉(Cd)和砷(As)的主要途径。深化植物对Cd和As积累途径分子机制的认识,有助于培育可食部分中低有毒金属元素含量的作物新种质。该文基于近年来有关植物Cd和As积累在主要模式植物中所取得的实质性研究进展,对植物介导Cd和As吸收的转运蛋白、As形态和生物转化机制以及控制Cd和As根-地上部转运效率和分配的关键因子等方面的研究进展进行综述,并对未来的研究前景进行了展望。     

玉米与番茄间作对土壤镉吸收的影响

为探究间作对作物吸收重金属镉(Cadmium,Cd)的影响,以Cd相对高积累番茄(中蔬4号)和相对低积累玉米(金珠蜜甜玉米)为试验材料,在Cd 3.70 mg/kg的污染水平下以单作、限制性间作、间作3种种植方式进行了盆栽试验,研究间作后作物各部位Cd积累差异及其形成原因。结果表明,番茄和玉米间作和限制性间作所产番茄根、茎、叶中Cd含量均有所提高(叶中Cd含量从13.52mg/kg分别升高至24.94mg/kg和27.30mg/kg);与未种植作物的对照组相比,非单作条件下番茄根围土壤的pH有所下降,酸性磷酸酶活性上升,而脲酶活性下降,且间作组变化幅度较大;间作还能改变作物根围微生物种群结构,提高对重金属吸收有促进作用的微生物种群的丰度,最终实现Cd高积累番茄对Cd的吸收能力提高。研究结果可为利用间作模式修复土壤重金属污染和保障食品安全提供参考。     

水稻对重金属镉的吸收及耐性机理研究进展

Cd是一种不能降解、广泛存在于环境中的金属污染物,是植物体非必需元素、环境中生物毒性最强的重金属元素之一,主要来源于矿山开采、火力发电、机械加工,汽车尾气排放以及磷肥生产等。Cd可通过水稻根部进入机体,向地上部分迁移并蓄积,严重影响水稻正常生长, 并引起稻米Cd污染,通过食物链危害人类健康。从水稻Cd吸收影响因素及Cd在水稻中的吸收、运输和积累机理理等方面对水稻Cd污染研究现状进行综述,系统阐述了土壤pH、Eh、离子浓度等条件对水稻Cd吸收的影响,同时讨论了水稻对Cd胁迫的耐性机理及其分子机制。并指出存在的问题和研究方向。