我国矿产资源不合理开发导致的重金属污染较为严重,植物修复是解决土壤重金属污染问题的有效方式,因此亟需开展耐重金属胁迫植物筛选和尾矿堆积区重金属修复的研究.本研究以云南干热河谷地区广泛引种的辣木(Moringa oleifera)为对象,通过盆栽试验模拟不同浓度土壤复合重金属(Cd-Pb-Cu-Zn)胁迫,探讨了辣木叶片光合作用能力、植株生长特性和生物量分配对复合重金属胁迫的响应,揭示了辣木对复合重金属胁迫的适应机制和不同重金属的富集特征.结果表明,复合重金属胁迫对辣木叶片光合能力、植株生长特性、生物量分配特征均产生了显著影响.复合重金属胁迫对辣木叶片光合能力的影响整体表现为低促高抑;辣木株高、地径、根长、根粗的生长都受到显著抑制,且随着胁迫的加剧,抑制作用逐渐增强;随着胁迫的加剧,辣木将更多的生物量投入至地下部分.适应重金属胁迫过程中,辣木将更多的重金属储存在地下生物量中.此外,辣木对4种重金属元素的耐受性和富集能力不同,其中对Cu2+和Zn2+的耐受性较好,对Cd2+和Zn2+富集能力较强.综上,辣木对复合重金属胁迫有一定的耐受性,且生物量较大,生长较快,可考虑作为重金属污染较轻区域的辅助修复植物.

为了弄清重金属通过寄主植物紫茎泽兰累积后对专性寄生天敌泽兰实蝇的生理影响,采用模拟Cd2+、Pb2+或Zn2+污染的土壤培养法胁迫紫茎泽兰,让泽兰实蝇低龄幼虫寄生取食,利用原子吸收分光光度法测定泽兰实蝇老熟幼虫中Cd2+、pb2+或Zn2+的含量,同时测定分析泽兰实蝇老熟幼虫的体长、鲜重、能量物质和保护酶的变化.结果表明,实验处理的Cd2+、pb2+或Zn2+均可通过紫茎泽兰传递并累积到泽兰实蝇老熟幼虫体内,引起老熟幼虫一系列生理变化:长度和鲜重降低;总糖、总蛋白和总脂的含量降低,相应的热量值也降低;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等保护酶的活性降低.本研究为进一步阐明重金属污染对食物链各环节的影响提供了重要的理论依据.

通过对北方铜业铜矿峪矿十八河尾矿坝的优势植被白羊草进行叶鞘内生真菌分离,并对白羊草内生真菌的形态特征及孢子形态进行描述,同时,选取其中7个菌株进行actG、tefA和tubB扩增、测序和系统发育分析.结果表明,从白羊草中分离出的内生真菌属于为Epichlo(e)属,菌落正面呈白色,背面浅黄色,白羊草内生真菌生长速度较慢,孢子大小为1.208-8.048 μm之间,孢子形态椭圆、球型.根据分子系统发育学分析结果,将白羊草内生真菌鉴定为Epichlo(e) sibiria.通过对白羊草内生真菌进行不同浓度的重金属胁迫处理,发现其对重金属具有一定耐受性,具体表现为:Zn2+(120 mg/L)、Cu2+(160 mg/L)、pb2+(240 mg/L)和Cd2+(8 mg/L).对丰富天然禾草内生真菌资源,以及铜矿区生态修复过程中,白羊草内生真菌提高宿主抗性方面的应用具有重要意义.

对贵阳花溪区麦坪乡煤矿废弃地进行了野外调查,对该地优势植物和土壤进行了采样,测定样品As、Cd、Cu、Hg、Pb和Zn的含量,发现当地优势植物雀稗(Paspalum thunbergii Kunth ex Steud.)地上部分Cu含量达到1058.12 mg·kg-1,转移系数2.89,富集系数16.07.研究了雀稗在铜离子胁迫实验中的根系活力变化和叶绿素浓度变化,雀稗根系活力随实验进行而逐渐降低,铜离子浓度为500μg·mL-1的实验进行到第四周时TTC还原量达到最低值;叶绿素浓度随着铜离子浓度的增加而缓慢降低,进一步确认当地土著植物雀稗对铜离子有一定的耐受性.

选取四川道地产区的川芎(Ligusticum chuanxiong Hort.)为研究材料,采用盆栽控制进行模拟镉(Cd)、铅(Pb)及其复合处理实验,研究重金属在川芎体内的吸收和分配规律,探讨Cd、Pb及其复合处理下川芎的生理响应机制.实验包括4个处理,分别为对照处理(0mg/kgCd和0 mg/kg Pb)、镉处理(5 mg/kg Cd)、铅处理(500 mg/kg Pb)及其复合处理(5 mg/kg Cd+ 500 mg/kg Pb).结果表明,Pb主要富集在根部,而Cd富集在根部与根茎;Pb促进了Cd从地下部向地上部的转移,但抑制了Cd在根茎和叶片中的富集,复合处理显著降低了川芎根茎和地上部分Cd的积累.与对照处理相比,Cd、Pb单一处理抑制了川芎叶片的光合作用,显著降低了净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Ir)、叶绿素a (Chla)、叶片瞬时水分利用效率和根系活力,其中Cd处理对植株的胁迫相较于Pb处理负面影响更加显著.与Cd处理相比,复合处理显著提高了植株的实际光化学量子产量(YII)和光化学淬灭(qP),降低了非光化学淬灭(NPQ),川芎叶片具有更强的光合潜力.在次生代谢产物合成中,Cd处理显著降低根茎中阿魏酸和川芎嗪含量,Pb处理显著降低根茎中藁本内酯含量;相较于Cd单一处理,复合处理显著增加了根茎中阿魏酸的含量.本研究表明川芎受到Pb处理的毒害效应弱于Cd处理;复合处理下,川芎通过提高叶片的光合潜力、水分利用效率和根系活力缓解重金属的毒害;结果可为评价川芎遭受重金属污染风险提供科学依据.

鉴于自然界重金属污染以重金属复合污染为主,基于田间试验和水培试验,探究Cd低积累材料T2-1在复合污染背景下的Cd吸收转运和籽粒积累特征.结果表明:不同重金属污染田块种植的T2-1籽粒Cd积累均显著低于对照9311.与9311相比,在单一Cd污染田块种植的T2-1籽粒Cd积累降幅较大,达29.72％ ～61.63％;而在重金属复合污染田块种植的T2-1籽粒Cd含量降幅较小,仅11.07％.结果表明重金属复合污染条件下,其他重金属元素影响T2-1对Cd的吸收和运转.水培条件下,随Pb和Cu的加入,水稻苗高和干重呈下降趋势;相较Cd和Cd-Pb胁迫,Cu对水稻的抑制作用更显著.培养15 d和30 d的水稻苗高和干重变化趋势一致,苗期T2-1干物质积累稍小于9311,可能与T2-1根系固定更多的Cd需要消耗能量有关.T2-1根系对Cd的积累高于9311,而根系向地上部转运的Cd低于9311.在Cd-Pb-Cu复合处理下,低浓度Pb促进水稻吸收Cd.与单独Cd胁迫相比,Cd-Cu和Cd-Pb-Cu处理下的水稻地上和地下部Cd含量均显著降低.Cu可抑制T2-1对Cd的转移,且抑制效果远大于Pb的促进作用.综上,Cd低积累突变体在水稻重金属污染控制与食品安全中有应用前景,但鉴于重金属复合污染对水稻Cd的吸收、运转和积累存在影响,因而在筛选Cd低积累品种时需要增加复合污染的鉴定.

设置不同浓度的重金属Cd2+(0、0.2、0.4、0.6、0.8和1 mg·L-1)和Pb2+(0、0.1、0.2、0.4、0.8和1.6 mg·L-1)胁迫处理,检测米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)的生长生理情况,分析重金属胁迫对海洋微藻生长的毒性效应,探讨超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)等对重金属胁迫的缓解作用.研究结果发现,重金属Cd2+和Pb2+对米氏凯伦藻具有较强的毒性,随着重金属浓度的提高,细胞生长受到毒害作用增强;而米氏凯伦藻对重金属Cd2+和Pb2+胁迫具有一定的适应性.重金属Cd2+和Pb2+胁迫导致米氏凯伦藻细胞的叶绿素a、叶绿素b含量下降(1.6 mg·L-1Pb2+胁迫除外),类胡萝卜素含量提高,最大光能转化效率(Fv/Fm)下降,表明重金属胁迫抑制藻的光合作用,影响藻的生长繁殖.丙二醛(MDA)随着重金属Cd2+和Pb2+浓度提高而升高,说明重金属引起藻细胞膜透性增加,藻细胞遭受破坏.SOD活性整体呈现先升高后下降(或与对照持平)的趋势,提示海洋微藻的抗氧化酶系统在低浓度重金属胁迫下产生应激性反应,酶活性增强;而CAT活性上升,也对藻细胞起到保护作用,推测两者共同反应,以缓解藻体遭受的重金属毒害作用.结果可为了解重金属胁迫对海洋微藻的毒性效应提供参考.

为了明确土壤污染对中国产桫椤科植物的生殖影响,以探讨中国桫椤类乃至其他濒危蕨类濒危的内在原因.该研究以中国产9种桫椤植物为材料,采用各植物原产地地表土壤培养孢子至配子体成熟,全程比较观察配子体畸变类型,统计畸变率;并分别取3个属的代表种笔筒树、大叶黑桫椤和中华桫椤的孢子,以MS培养基为对照,分别用5 mg·kg-1 Pb2+和1 mg·kg-1 Cd2+单因素胁迫培养配子体,比较观察各组的配子体形态畸变类型,统计畸变率.结果表明:(1)中国产桫椤类9种植物配子体培养过程中共出现17种形态畸变类型,其中4种为分化畸变,7种为假根畸变,4种为细胞畸变,2种为性器畸变.(2)不同培养基——对照组(M S培养基)、原产地土壤、Cd2+胁迫、Pb2+胁迫对中国产桫椤科9种植物配子体的平均畸变比例分别是2.28％ 、12.61％ 、31.58％ 和33.58％.(3)9种桫椤的配子体畸变类型及其畸变率均与培养基的胁迫程度呈正相关关系,其配子体发育都受到了产地土壤污染的严重伤害.(4)3种桫椤属植物配子体对土壤环境胁迫的耐受力强弱为黑桫椤属>白桫椤属>桫椤属.(5)桫椤科配子体的形态畸变多样性与胁迫条件之间具有稳定的对应关系.

该研究以地衣体内分离培养的3种共生藻体(A、B、C)为材料,采用光学显微镜徒手切片技术,测定地衣体内藻细胞存活率;并采用BCO和双硫腙、二甲酚橙和碘化钾-罗丹明B分光光度法,测定培养液和藻体内不同重金属含量,分析3种共生藻体对重金属Cu2+、Zn2+、pba+、Cd2+的吸附特性及其耐受性差异,以明确地衣与重金属胁迫的关系,为重金属污染水体的生物修复提供理论依据.结果 显示:(1)在不同重金属胁迫下,3种藻体对4种重金属的耐性大小均表现为Zn2+＞ Pb2+ ＞Cu2+ ＞Cd2+,重金属对3种藻体的毒性大小依次是Cu2+(藻体B＞藻体A＞藻体C)、Zn2+(藻体B＞藻体A＞藻体C)、pb2+(藻体B＞藻体A＞藻体C)、Cd2+(藻体B＞藻体C＞藻体A).(2)3种藻体对Zn2+、pb2+的吸附性均高于Cu2+和Cd2+,而且藻体B对不同重金属的吸附性能均高于藻体A和C.(3)3种藻体所吸附的重金属含量与其胁迫浓度及培养时间均呈极显著正相关关系(P＜0.01),3种藻体对重金属的耐受性与吸附性呈正相关关系.研究发现,来自地衣体的3种藻体对Cu2+、Zn2+、Pb2+和Cd2+的耐受性和吸附性远远高于一些自由生长藻类,证明来自地衣体的藻类是修复重金属污染生物吸附剂的良好材料,该研究结果为地衣体内藻在水体重金属污染生物修复中的实际应用提供了理论依据.

采用溶磷平板筛选和重金属耐性复筛相结合,从薇甘菊根际分离到一株兼具多重金属抗性的溶磷细菌(编号为ZLT11),16S rRNA基因序列分析显示,该菌株属于类芽孢杆菌.菌株对植酸钙和植酸的溶磷量分别为84.10和73.84 mg·L-1,其在30℃、初始pH为9.0时对植酸钙的溶磷量最高,达95.66 mg·L-1.菌株ZLT11能耐受≤400 mg·L-1 Pb2+、≤100mg·L-1 Cd2+及≤40 mg·L-1 Hg2+,当添加植酸钙为磷源时,接种菌株ZLT11使水稻幼苗平均根长、根数、苗高和总生物量较对照幼苗分别增加106.7％、76.6％、49.0％和46.3％.菌株ZLT11还能显著促进水稻幼苗在Cd胁迫下的生长.