褪黑素对水稻镉积累及其化学结合形态的影响

研究了添加外源褪黑素对水稻幼苗中Cd积累以及水稻体内Cd化学形态分布的影响.结果表明: Cd胁迫显著降低水稻幼苗地上部和根部的生物量,并且显著降低水稻叶片的叶绿素含量.适宜的外源褪黑素添加能明显提高Cd胁迫下水稻的地上部和根部生物量,降低水稻地上部和根部Cd含量.当Cd胁迫浓度为5 μmol·L^-1时,添加20 μmol·L^-1褪黑素使水稻地上部和根部Cd含量分别比对照处理降低48.4%和16.9%,添加100 μmol·L^-1褪黑素水稻地上部和根部Cd含量分别降低67.5%和47.9%.添加外源褪黑素也显著降低了水稻体内Cd的转运效率.当Cd胁迫浓度为20 μmol·L^-1时,添加20 和100 μmol·L^-1褪黑素使水稻Cd的转运效率分别比对照降低24.4%和46.8%.通过逐步提取法对水稻幼苗Cd的化学结合形态进行分析发现,添加外源褪黑素使水稻体内氯化钠提取态Cd的比例提高,而水溶态Cd、乙醇提取态Cd的比例明显降低,说明添加褪黑素可促进水稻体内移动性较强的Cd形态向移动性较弱的Cd形态转移,从而降低水稻对Cd的吸收和转运.     

不同耐性水稻幼苗根系对镉胁迫的形态及生理响应

采用水培试验,以两个耐镉性不同的水稻品种为材料,研究了不同浓度镉胁迫对水稻幼苗根系形态、根系活力、游离脯氨酸含量及抗氧化酶活性的影响。结果表明:低于5 μmol/L Cd胁迫对2个水稻品种总根长、根表面积、根体积、根干重、根系活力无明显影响,在1 μmol/L Cd时,甚至起促进作用。随Cd浓度增加表现出一定的抑制效应,秀水63在10 μmol/L Cd胁迫下根系形态、根系活力明显受到抑制,而秀水09在25 μmol/L Cd胁迫下明显受抑。随Cd胁迫浓度的增加,游离脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性均呈上升趋势,两品种相比,秀水09的游离脯氨酸含量、SOD和POD增幅大于秀水63,而MDA含量增幅小于秀水63;过氧化氢酶(CAT)活性变化表现为先上升后下降,10-100 μmol/L Cd胁迫下秀水63根系中CAT活性明显低于秀水09。总之,水稻对Cd毒害响应存在明显的品种差异,且Cd胁迫下根系生理响应的差异是品种间耐性差异的重要原因之一。     

镉和锌在皖景天细胞内的分布及化学形态

运用差速离心法和化学试剂逐步提取法,分析了Cd和Zn在皖景天根、茎和叶的亚细胞分布及其化学形态.结果表明:10 μmol·L^-1 Cd处理下,Cd在皖景天细胞内的主要分布位点是其可溶部分;在100 μmol·L^-1 Cd处理下,Cd在根中主要分布在细胞壁、茎中主要分布在细胞壁和可溶部分、叶中超过90%的Cd分布在可溶部分.高Cd浓度处理时,皖景天根、茎和叶的细胞壁中Cd分布比例增加,而可溶部分Cd分布比例相对减少.在1和800 μmol·L^-1 Zn处理条件下,Zn在皖景天根、茎和叶的主要分布位点是可溶部分;高Zn浓度处理时,皖景天叶、茎和根的可溶部分和细胞壁中Zn的分布比例无明显变化.细胞器中Zn和Cd分布都很少.Cd在皖景天根、茎和叶内主要以氯化钠提取态和水提取态存在,Zn在皖景天根、茎和叶内以多种化学形态存在.     

外源水杨酸对镉胁迫下两种菊芋品系幼苗的缓解作用

研究了不同浓度Cd(0、50、100 μmol·L-1)及水杨酸(SA)(0、10、100和1000μmol·L-1)处理下2种菊芋(南芋5号和南芋2号)的生物量变化情况,测定了叶片色素(叶绿素和类胡萝卜素)含量及光合作用参数,并比较了2种菊芋对Cd的吸收转运差异性.结果表明:外源SA处理不同程度地缓解了Cd对菊芋幼苗生长的毒害效应,提高了色素含量,改善了光合作用参数,增大了Cd的生物富集系数(BCF)和转运系数(TF),与此同时减少了植株不同器官对Cd的累积量,但最佳SA浓度因品种及器官不同而有所区别.研究表明,适当浓度的SA处理可以有效增强2种菊芋对Cd的耐性.     

大气CO2浓度升高对水稻秸秆化学组成的影响

水稻秸秆是生物能源生产的潜在材料,大气二氧化碳(CO2)浓度升高改变水稻秸秆的量和质,从而改变其生物能源的生产潜力.本试验水稻秸秆来自中国自由大气CO2富集平台(FACE),选取FACE平台(试验组CO2浓度控制在570μmol·mol^-1左右,比对照组高200μmol·mol-1)3种水稻品种‘武运粳27’、‘Y两优900’和‘日本晴N16’,通过对秸秆化学组成进行分析,探讨CO2浓度升高对水稻秸秆质量的影响.结果表明:大气CO2浓度升高显著提高了水稻秸秆C含量和C/N;增加了秸秆中非结构碳水化合物含量;CO2浓度升高使武运粳27、Y两优900和N16秸秆中释放的总糖分别增加8.8%、6.7%和9.9%;CO2浓度升高显著提高N16秸秆生物量,但对其他两种水稻秸秆生物量没有显著影响;N16的总糖产量在CO2浓度升高下增加最显著,达到19.2%.表明CO2浓度升高可以改善水稻秸秆质和量,从而提高生物燃料利用潜能.     

大气CO_2浓度和供氮水平对油菜前期生长及氮素吸收利用的影响

采用砂培试验,在2种CO2浓度(自然CO2浓度400μmol·mol-1和高CO2浓度700μmol·mol-1)和2种供氮水平(常氮15 mmol N·L-1和氮胁迫5 mmol N·L-1)下,研究了油菜营养生长阶段的干物质累积和氮素吸收利用的变化。结果表明:高CO2浓度条件下,油菜株高、根茎粗和干物质累积量增加,其中,常氮条件下,根茎粗和地上部干重的增加幅度大于氮胁迫条件,株高和根系干重增加幅度则常氮条件小于氮胁迫条件;高CO2浓度下,根体积、根系活跃吸收面积和总吸收面积在2个供氮水平下均增加,而一级侧根数只在常氮条件下增加,根长只在氮胁迫条件下增加;高CO2浓度条件下,油菜各器官含氮量下降,其中,叶片和根系的含氮素量下降幅度明显大于茎;高CO2浓度条件下,正常供氮时根、茎、叶氮素累积量均增加,氮胁迫时茎氮素累积量增加,而根和叶的氮素累积量减少;高CO2浓度条件下,氮素吸收效率、氮素利用效率和氮效率均增加,常氮条件下增加幅度大于低氮条件,其中,氮素利用效率对氮水平的响应更加明显。     

镉在不同类型蕹菜(Ipomoea aquatica Forsk.)中的积累及其化学形态和分子分布

采用水培幼苗试验研究不同蕹菜品种("台湾308"和"强坤青骨")Cd的积累及其化学形态和分子分布。结果表明,1.0 mg·L-1Cd浓度处理下,"台湾308"和"强坤青骨"叶、茎、根Cd含量分别为3.17、3.55、39.1和2.06、2.35、33.5 mg·kg-1;5.0 mg·L-1Cd浓度处理下,"台湾308"和"强坤青骨"叶、茎、根Cd含量分别为3.75、4.15、55.8和2.68、3.43、83.7 mg·kg-1。2个蕹菜品种Cd化学结合形态研究表明,叶中以乙醇提取态为主,茎、根中以乙醇和氯化钠提取态为主。"台湾308"叶、茎、根中活性较强的水提取态Cd所占比例均明显高于"强坤青骨",而醋酸和盐酸提取态Cd所占比例均明显低于"强坤青骨"。Cd处理水平和蕹菜品种类型对体内Cd化学结合形态均有一定影响,在根中表现尤为明显。分子分布结果表明,蕹菜叶片可溶部分中的Cd大部分与高分子量化合物和小分子量物质相配合,而根中可溶部分的Cd主要与植物螯合肽(PCs)和分子量为10~20 kDa的蛋白质结合。"强坤青骨"根系中Cd与PCs配合的组分(Cd-PCs)含量小于"台湾308",降低了Cd向地上部转运的可能性,进而成为其地上部分Cd含量较低的原因之一。     

自由大气CO2浓度升高对夏大豆生长与产量的影响

IPCC报告指出到本世纪中期全球大气CO2浓度将比目前的浓度增加50%.CO2浓度升高将影响大豆的生长及产量.有关大气CO2浓度对大豆影响的研究大多在温室或开顶式气室中进行的,利用FACE (Free Air CO2 Enrichment)系统对大豆生长发育受CO2浓度升高影响的试验首次在中国进行,FACE圈中心的CO2浓度维持在(550±60)μmol·mol-1,对照浓度(389±40)μmol·mol-1.这是继美国SoyFACE之后世界第二个利用FACE系统对大豆生长发育进行的研究,研究表明:大气CO2浓度升高提高了两个大豆品种全生育期的叶、茎、荚重及地上部分总重,收获后地上部分总干重平均提高52.30%;大豆叶面积对CO2浓度升高的响应存在品种差异,中黄35促进叶面积增加而中黄13抑制叶面积的增加.CO2浓度升高使鼓粒期大豆比叶重增加,中黄35比叶重增加23.08%到达显著水平.CO2浓度升高使大豆节数、分枝数、茎粗提高,特别是茎粗收获期中黄35增加7 18%,中黄13增加26.33%,均到达显著或极显著水平;大气CO2浓度升高使两个品种产量平均增加30.93%,产量的增加主要是由于CO2浓度升高提高了大豆单株荚数和百粒重.大气CO2浓度升高对大豆各器官占地上部分重量的比例影响不明显,对大豆收获指数的影响未达显著水平.大气CO2浓度升高对大豆的影响品种差异明显.结论与美国SoyFACE的研究结果基本一致,如FACE系统下大豆生物量、产量都较对照增高,但变化幅度较SoyFACE的结果高.     

铁镉互作对水稻脂质过氧化及抗氧化酶活性的影响

利用营养液培养方法,以‘沈农265’为供试品种,研究不同Fe(0、0.1、0.25、0.5mmolFe2+·L-1)、Cd(0、0.1、1.0μmolCd2+·L-1)处理对水稻植株体内脂质过氧化及抗氧化酶活性的影响.结果表明:单独供应Fe显著降低了水稻地上部和根系生物量,同时供应Cd后生物量不再下降;单独供应Cd降低了根系中丙二醛(MDA)和可溶性蛋白含量,而同时供应Fe时这种降低作用消失.Fe处理降低了水稻地上部和根系Cd含量,Cd处理也降低了Fe含量,两者表现出明显的相互抑制作用.高Cd(1.0μmol·L-1)和Fe互作,增加了水稻根系中MDA和可溶性蛋白含量,降低了超氧化物岐化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性.表明在低Cd环境中为水稻提供一定数量的外源Fe能降低植株Cd含量;但高Cd胁迫将降低水稻对Fe的吸收,并导致植株体内产生脂质过氧化.     

CO_2浓度升高对铜镉污染土壤粳稻稻米安全品质的影响

采用盆栽试验,在开顶式气室(OTC)内种植水稻,研究了5个粳稻品种在铜镉复合污染土壤上,CO2浓度升高对水稻吸收Cu、Cd和矿质元素Fe、Zn的影响,并对稻米中Cd的安全性进行了评价。结果表明:在2种复合污染水平土壤上,CO2浓度升高条件下,除千重浪2号稻米中Cu含量在高污染土壤处理下增加20.3%外,其他品种稻米Cu含量均有所降低,降低幅度为20.6%~30.2%、2.4%~12.3%;CO2浓度升高除降低了高污染土壤上元丰6号稻米中Cd含量外,均增加了其他品种在低、高污染土壤上的稻米Cd含量,增加幅度分别为3.7%~297.4%、31.7%~209.1%;2种污染水平土壤上,CO2浓度升高对不同品种稻米中Fe、Zn含量变化影响差异显著;CO2浓度升高下,元丰6号、勇丰金穗品种稻米中Cd含量超过食品卫生标准(Cd≤0.2 mg·kg-1);CO2浓度升高会增加5种稻米中Cd的标靶危害系数,其中,勇丰金穗和元丰6号稻米中Cd的THQ值1,表明CO2浓度升高下,其对人体健康已构成了潜在风险。     

水稻根表铁膜吸附镉及植株吸收镉的动态

采用营养液培养法研究了Cd处理时间对有铁膜和无铁膜水稻根表吸附Cd及植株吸收Cd动态变化的影响.水稻根表铁膜由50 mg·L^-1 Fe^2＋（Fe₅₀）诱导形成.供试植株在含10 μmol·L^-1Cd的营养液中生长不同时间后收获.结果表明, 随Cd处理时间的延长,无铁膜和有铁膜处理水稻根表DCB-Cd含量均为先增加后减少,Cd处理2 h达到最高,之后逐渐下降并趋于稳定. 根系和地上部Cd含量均持续上升,Cd处理8 h前增加缓慢,8 h后增加幅度加大.有铁膜水稻根系和地上部Cd含量增加幅度均低于无铁膜水稻.有铁膜处理DCB-Cd含量、根系和地上部Cd含量均低于无铁膜处理.表明铁膜不影响水稻各部分Cd含量随时间的变化趋势;不同Fe处理之间根系和地上部Cd含量的差异可能与根系含Fe量有关.     

镉胁迫对不同甘蓝基因型光合特性和养分吸收的影响

以2个耐镉(Cd)性不同的甘蓝品种为材料,研究了不同Cd浓度(0、20、50、100μmol.L-1)对甘蓝植株生长、叶片光合特性和养分吸收的影响.结果表明:Cd敏感品种在低浓度Cd(20μmol.L-1)处理下生长受到明显抑制,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ光合电子传递量子效率(ΦPSⅡ)及地上部、根系干质量显著降低;Cd耐性品种在高浓度Cd(50和100μmol.L-1)处理下生长和光合特性受到显著影响;Cd胁迫降低了甘蓝叶片叶绿素a和b含量,尤其对叶绿素a的影响较大,进而抑制了叶片光合能力.Cd胁迫显著降低了植株对Mn的吸收,抑制了Mg和Fe从根部向地上部的转运,且Cd敏感品种受抑制幅度更大;Cd胁迫促进了Cd耐性品种对P和S的吸收,而Cd敏感品种相反.因此,Cd胁迫下甘蓝敏感品种叶片Mn、Fe、Mg、S和P含量的降低是影响其叶片光合作用,进而抑制植株生长的重要生理原因.     

二氧化碳和臭氧浓度升高对春小麦生长及次生代谢的影响

通过开顶式气室(OTCs)研究了OTC对照（自然CO₂浓度约342 μmol·mol^-1,O₃浓度约30 nmol·mol^-1）、高浓度CO₂（550 μmol·mol^-1）、高浓度O₃（浓度为80 nmol·mol^-1）及其交互作用（CO₂ 550 μmol ·mol^-1,O₃ 80 nmol·mol^-1）对春小麦不同发育时期生物量、总酚量、黄酮含量及成熟期产量性状的影响.结果表明：CO₂浓度增加条件下,春小麦生物量和产量性状都显著高于OTC对照（P<0.05）;而O₃浓度升高条件下,小麦生物量降低,株高、穗长、穗粒质量及千粒重也显著低于对照;CO₂和O₃交互作用下各项指标处于二者之间.说明CO₂可以缓解O₃对小麦的负效应,而O₃对CO₂的正效应具有削弱作用,但二者的作用并非简单的叠加.CO₂、O₃浓度增加及其交互作用显著增加了春小麦叶片中的总酚含量,其中两者交互作用的效应更大,但在小麦生长后期,总酚含量增加量比对照有所降低.在小麦生长前期,各处理总黄酮含量均低于对照;而在成熟期,各处理都显著高于对照.     

大豆和水稻对铝胁迫响应的生理机制

通过水培方式,研究了铝处理对双子叶植物大豆和单子叶植物水稻根系生长、养分吸收、根系内含物及根分泌物的影响.结果表明,低铝 (10 μmol·L^-1)浸种刺激大豆种子萌发和根系的生长,对水稻无明显促进作用.铝处理增加了两种作物根系对P的吸收,降低K、Ca、Mg的吸收.水稻比大豆根系积累较少的Al和更多的P.铝胁迫条件下,大豆和水稻根系内源可溶性蛋白含量升高、可溶性酚含量下降、可溶性糖含量先上升后下降,且大豆根系内源柠檬酸含量下降明显.与大豆相比,水稻积累较低的柠檬酸和较高的可溶性蛋白、可溶性酚,但两者可溶性糖没有差异.铝处理增加大豆根系柠檬酸、可溶性蛋白、可溶性酚、可溶性糖的分泌量,且大豆分泌量显著高于水稻.在铝处理条件下,大豆根系具有较高的阳离子交换量(CEC),而水稻的CEC较低.这说明大豆和水稻对铝胁迫具有不同的生理反应,水稻的高耐铝性可能与其较高的磷吸收和较低的CEC有关,而与其根系分泌物的关系不大.     

镉对水稻种子萌发的影响

以不同类型的319个水稻品种为研究对象,研究了10 mg·L^-1 Cd²⁺处理对水稻种子萌发的影响.结果表明:Cd²⁺对种子发芽率影响较小,对根系生长的影响显著,且大于对芽生长的影响;不同类型水稻种子萌发对Cd的响应差异较大,敏感顺序为粳稻>籼稻>杂交稻;两系不育系根系长度和根系数量受Cd的抑制程度显著高于三系.应用快速聚类方法,可以将参试品种划分为耐受型、中间型和敏感型3种不同的敏感类型.     

CO2浓度升高与氮添加对三江平原湿地小叶章生长的影响

利用开顶箱薰气室,设置正常大气CO₂浓度(350 μmol·mol^-1)、高CO₂浓度(700 μmol·mol^-1)2个CO₂水平和不施氮(0 g N·m^-2)、中氮(5 g N·m^-2)和高氮(15 g N·m^-2)3个氮素水平,研究CO₂浓度升高和氮肥施用对三江平原草甸小叶章生长的影响.结果表明：随着CO₂浓度升高,小叶章物候期提前,其中抽穗期提前1～2 d,成熟期提前3 d;不施氮、中氮和高氮水平下, CO₂浓度升高使小叶章的分蘖分别增加8.2%(P<0.05)、8.4%(P<0.05)和5.5%(P>0.05);在小叶章生长初期,CO₂浓度升高对其生物量的增加有促进作用,拔节期和抽穗期小叶章地上生物量分别增加12.4%和20.9%(P<0.05);生长后期则对小叶章地下生物量的促进作用增大,腊熟期和成熟期的地下生物量分别增加20.5%和20.9% (P<0.05).小叶章生物量对高浓度CO₂的响应与供氮水平有关,供氮充足条件下, 高浓度CO₂对生物量的促进效应更大.     

镉对灵芝菌丝抗氧化系统的影响

研究了不同浓度镉(Cd) (0、10、50、100、200和400 μmol·L^-1)对灵芝菌丝抗氧化系统的影响.结果表明,随着Cd浓度增加,菌丝鲜质量、脯氨酸、总糖和还原糖含量逐渐下降,非蛋白巯基化合物（NPT）水平逐渐上升,当Cd浓度达到400 μmol·L^-1时,NPT含量急剧上升至对照组的6.7倍.在试验浓度范围内,灵芝菌丝体过氧化物酶（POD）、谷胱甘肽还原酶（GR）和过氧化氢酶（CAT）活性呈显先上升后下降的变化趋势,并均在Cd浓度为100 μmol·L^-1时达峰值;超氧化物歧化酶（SOD）和脂氧合酶（LOX）活性则随着Cd浓度的增加而逐渐上升,在Cd浓度为400 μmol·L^-1时达峰值.采用聚丙烯酰胺凝胶电泳分析Cd胁迫下灵芝菌丝抗氧化酶的同工酶谱发现,100～400 μmol·L^-1 Cd处理诱导出2条Mn-SOD型同工酶带;10～200 μmol·L^-1 浓度Cd上调组成型CAT、SOD、POD和LOX同工酶的表达强度;而400 μmol·L^-1 Cd的则显著抑制了POD同工酶的表达.     

硅素对水稻幼苗镉积累及抗胁迫应答的调节效应

施硅(Si)可以显著缓解镉(Cd)胁迫对水稻生长发育的毒害效应。本研究通过水培分根试验,研究了Si对水稻幼苗Cd积累及胁迫应答的调节效应。结果表明: Cd胁迫下水稻幼苗的生物量显著降低,加Si可以显著缓解Cd对水稻幼苗生长的抑制效应。水稻幼苗对Cd的吸收、转运和积累明显受到Si的影响,单侧根系Cd胁迫下加Si(Si-Cd+Si,Si-Cd)使根系对Cd的滞留系数达83.3%～83.6%,限制了Cd从根向地上部转移。单侧根系Cd胁迫下非胁迫侧加Si(Si-Cd)处理的植株对Cd的吸收和累积明显增加,尤其是根中Cd的积累量较单侧根系Cd胁迫下无Si(CK-Cd)处理增加了48.2%;而单侧根系Cd胁迫下双侧加Si(Si-Cd+Si)处理则显著降低了根和地上部对Cd的吸收,较CK-Cd处理分别降低了36.7%和54.9%。双侧Cd胁迫下单侧加Si(Cd-Cd+Si)则使根和地上部对Cd的吸收量显著减少,较双侧根Cd胁迫(Cd-Cd)处理分别降低了57.8%和46.5%。Cd胁迫下水稻幼苗根中含较高浓度的Si,加Si则使Cd胁迫下根和地上部积累更多的Si。加Si也影响了水稻幼苗对其他金属元素如钙(Ca)、镁(Mg)、锰(Mn)的吸收,Cd-Cd+Si处理显著增加了根系和地上部的Ca、Mg浓度,但Mn浓度的变化则因Cd胁迫程度而表现不同。加Si对Cd胁迫下根系超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性有一定的影响,尤其是Si-Cd处理的胁迫侧POD和非胁迫侧SOD活性显著上升,有利于清除Cd胁迫产生的氧自由基。总之,Si对Cd胁迫下水稻幼苗生长、Cd和Si等的吸收及根系的抗氧化反应有一定的调节效应,植株体内较高的Si浓度有利于增强植株对Cd的耐受性。     

钾素水平对网纹甜瓜叶片光合特性及叶绿体亚显微结构的影响

在设施基质栽培条件下,研究了营养液中120、240及360 mg·L^-1 3个钾素水平对网纹甜瓜‘甜甜1号’叶片光合特性及叶绿体亚显微结构的影响.结果表明,营养液中钾素水平过低（120 mg·L^-1）或过高（360 mg·L^-1）均导致网纹甜瓜叶片净光合速率下降,使叶绿体片层结构混乱、变形和片层数减少,但对CO₂补偿点（70 μl·L^-1）、饱和CO₂（600 μl·L^-1）、光补偿点（50 μmol·m^-2·s^-1）无显著影响.适宜的钾素水平能显著提高叶片的饱和光强、羧化效率和表观量子效率,3个指标分别为1 200 μmol·m^-2·s^-1、0.1364和0.0237.在试验条件下,提高温室内基质栽培网纹甜瓜叶片光合效率的最适钾素水平为240 mg·L^-1.     

水稻镉安全材料的镉吸收动力学特征

采用水培试验,以前期筛选出的水稻Cd安全材料D62B为试验材料,普通材料泸恢17为对照材料,在不同Cd浓度和时间处理下,研究水稻Cd安全材料的Cd吸收动力学特性.结果表明: 在不同Cd处理时间下,D62B根系对Cd的吸收总量均低于泸恢17,且随吸收时间的延长,差异逐渐增大.当吸收时间达到72 h,泸恢17体内积累的Cd总量为D62B的1.3倍.两种水稻材料Cd吸收动力学符合米氏方程,米氏方程常数(K_m)值差异不大,但泸恢17的最大吸收速率(V_max)是D62B的2倍.当Cd处理时间大于48 h,D62B根系对Cd的转移系数低于泸恢17,且其根部Cd分配比例明显大于泸恢17,即D62B根系对Cd的固持能力大于泸恢17.D62B的Cd吸收能力较弱,且其向地上部转移Cd的能力显著低于泸恢17.