水稻根系分泌物对镉吸收、积累影响机理研究进展
有机酸对水稻镉吸收的影响
农业环境保护1999,18(6):278～280A g ro -envi ron ment al Protection表1供试土壤的理化性状有机质g /k g 碱解氮m g /k g 速效钾m g /k g 速效磷m g /k g p H 全量镉m g /k g D TPA -Cdm g /k g 27.3106.512824.06.03.441.67在自然界中镉可以通过各种途径进入人体,但食物摄入的镉量是人体积累镉的主要来源[1]。
控制土壤中的镉进入食物链的途径有两条:一是控制植物对土壤镉的吸收;二是控制已进入植物体内的镉向食用部分(如籽粒)的转移和积累。
其中水稻籽粒中的镉主要来自于开花期后期,通过灌浆作用向籽粒中累积的。
开花期进行淹水处理可明显地降低籽粒中的镉含量[2],因而在开花期选用一定的改良措施,可明显地调节水稻籽实中镉的含量。
本文通过在开花期加入外源有机酸,研究有机酸对后期水稻镉吸收的影响及对籽粒中镉含量的影响。
1材料与方法1.1供试作物水稻(O r y z a sati v a L ,品种为越贵8215,北京当地品种)。
1.2供试土壤张士灌区镉污染土壤,每盆(20×20cm 瓷盆)装土4k g ,基肥以施N :0.15g /k g ,P 2O 5:0.1g /k g ,K 2O :0.15g /k g ,氮肥为尿素,磷肥为KH 2PO 4,钾肥为KCl ,肥料和土壤充分混匀后装盆,淹水1周后移苗。
土壤的理化性状见表1。
1.3试验处理5月20日移栽苗龄为1个月的秧苗,水稻的长势正常,到水稻开花期(8月18日)浇灌20mmol 的有机酸,有机酸为苹果酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸(ED TA ),对照为水。
待成熟后(9月20日)收获地上部。
1.4样品采集分别采集水稻根、茎、老叶、剑叶、籽粒,其中老叶为除顶端第一片叶外的叶片和叶鞘。
1.5样品分析用湿消煮(HNO 3-HClO 4)的方法,样品消煮完全后,定容、过滤,在Z -8000型原子吸收分光光度计上测定镉含量。
根分泌物对根际重金属动态的影响
3国家自然科学基金资助项目(编号39600022)根分泌物对根际重金属动态的影响3李花粉 张福锁 李春俭 毛达如(中国农业大学资源与环境学院,北京 100094)摘要 介绍了采用上、下分根试验,使水稻根系下部生长在不同浓度铁营养液中,研究不同供铁处理对不同品种水稻吸收重金属和微量元素及其在体内转移和运输的影响.结果表明缺铁处理时常优87288品种的植株地上部铁含量仅为正常供铁处理的58%,而Cd 、Zn 的含量却比正常供铁植株高114倍;缺铁时远诱一号和科长892113两个品种植株地上部含铁量也比正常供铁时低,但差异不如常优87288明显,Cd 、Zn 含量比正常供铁时高,但差异也不如常优87288明显.缺铁时常优87288和远诱一号植株地上部Mn 含量比正常供铁时高,而科长892113在不同处理间地上部Mn 的含量没有差异.关键词 根分泌物;重金属;水稻;分根试验.重金属对土壤的污染、植物对重金属的吸收和积累以及由此产生的对人体健康的威胁是近年来人们所关注的重要的环境污染问题之一.植物由于吸收和分泌而诱导的一些根际变化影响着植物对重金属元素的吸收.根分泌物是植物在生长过程中通过根系向生长基质中释放出的一组种类繁多的物质,而专一性根分泌物是植物受到某一胁迫因子诱导时在体内合成并主动分泌到根际的有机物质.早在七十年代,日本岩手大学Takagi [1]教授就从缺铁的燕麦和水稻根分泌物中得到了一类含有不同羟基、氨基或亚氨基,对铁有较强的配合能力的有机化合物,后被称之为植物铁载体[2].自此,研究者们对植物铁载体的合成[3,4]、释放[5,6]及吸收[7]等进行了大量研究,也对植物铁载体与微量重金属元素Fe 、Mn 、Zn 、Cu 的配合作用进行了一些研究[8,9],但是有关植物铁载体对土壤中重金属污染元素作用的研究尚未见报道.根分泌物对重金属污染元素在土壤2根际2植物系统中迁移、转化的作用,胁迫条件下根分泌模式的变化对重金属在根际中行为的影响及植物的适应过程等,都需要进一步研究.对植物铁载体螯溶土壤微量元素螯溶机制的研究主要集中在一些室内模拟试验和应用配合常数进行推断方面,其生物试验大部分是在营养液培养条件下完成的.本试验采用土壤2营养液联合培养,使植物处于供铁不足的环境中,研究土壤中根分泌的铁载体对重金属污染元素Cd 及微量元素的活化作用.1 材料与方法111 供试作物水稻(O ryz a sativa L.)的3个品种为:常优87288、远诱一号、科长892113(由中科院长沙农业现代化研究所提供).112 供试土壤取自沈阳张士污灌区Cd 污染土壤,该地区地带性土壤为草甸棕壤,其主要性状见表1.第18卷第2期1998年3月环 境 科 学 学 报ACTA SCIEN TIA E CIRCUMSTAN TIA E Vol.18,No.2Mar.,1998表1 供试土壤的主要农化性状Table1 S ome properties of thesoil used in the experiment碱解氮, g/kg 速效钾,mg/kg速效磷,mg/kgp H有机质,g/kg全量镉,mg/kg011mol/L HCl2Cd,mg/kg0101061282410610271341083148 113 试验方案图1 分根装置示意图Fig.1 The diagraph of spliting2root equip2 ment试验采用上、下分根法,装置是将一直径8cm的塑料圆筒用蜡和橡皮泥固定于附有一层聚四氟乙烯膜的穿孔玻璃板上,使根系可以穿过聚四氟乙烯膜,但水和离子不能通过(图1);再将供试土壤过1mm筛后称取100g装入塑料圆筒中备播种水稻用;另备一个能被上述穿孔玻璃板盖住的塑料盆供装培养根系下部的营养液用.114 植物培养水稻种子经30%H2O2消毒30min后用清水洗净,在培养皿中催芽,露白后播于上述供试土壤中,每盆播种10粒种子.当有水稻根穿过膜时,把培养水稻的装置盖在装有450mL营养液的塑料盆上培养.下部盆中每隔2天换一次营养液,营养液设加铁(+Fe)和缺铁(-Fe)处理,p H调至510左右,上部土壤保持1—2cm水层.每个处理3个重复.植物生长条件:保持在30℃、14h光照和20℃、10h黑暗的条件下,相对湿度为60%—70%,光照强度为140μmol・m-2・s-1.115 标准营养液组成(mol/L)N H4NO3,015×10-3;NaH2PO4・2H2O,0.6×10-4;K2SO4,0.23×10-3;MgSO4・7H2O, 0.16×10-3;CaCl2・2H2O,0.21×10-3;H3BO3,2×10-7;MnCl2・4H2O,5×10-7;ZnSO4・7H2O,5×10-7;CuSO4・5H2O,1×10-8;(N H4)6Mo7O24・4H2O,5×10-8.缺铁营养液不含铁,加铁营养液加入1×10-4mol/L Fe(Ⅲ)2ED TA.116 样品采集与分析水稻生长40天,长出5—6片叶子时分地上部和地下部取样,60℃烘干后称重,地上部和地下部干样磨碎后用于元素含量测定.重金属元素测定采用干灰化法,用1∶30(体积比)HNO3 (优级纯)溶解,Perkin2Elmer2100原子吸收分光光度计测定Fe、Zn和Mn含量,Z28000原子吸收分光光度计测定Cd含量.Cd浓度高于0101mg/kg时用火焰光度法,小于0101mg/kg时用石墨炉测定[10].2 结果分析211 不同供铁水平下水稻生长及对铁的吸收和转运21111 苗期生物量 铁对不同品种水稻根及地上部干物重的影响见表2.对于常优87288和002环 境 科 学 学 报18卷远诱一号2个品种,缺铁时地上部干重高于正常供铁植株,这可能是在缺铁初期水稻生长势增强的一种适应性反应.而对于科长892113品种,不同处理间地上部干重没有差异,从其含铁量(图2)也可以看出,不同处理间铁的含量差异不大.表2 铁对不同品种水稻根及地上部干物重的影响Table 2 E ffect of iron on dry weight of shoots and roots from three rice varieties品 种地上部干重,g +Fe -Fe土壤中根干重,g +Fe -Fe 常优872880193110401130117远诱一号0188110501200120科长8921130196019901200121图2 铁对不同品种水稻植株地上部铁浓度的影响Table 2 E ffect of iron supply on Fe concen 2tration in shoot of three rice varieties 21112 植株对铁的吸收和转运 下部营养液中正常供铁时,水稻地上部铁浓度高于缺铁培养(图2),这主要是下部的根从营养液中吸收铁转移到地上部的原故,但不同品种植株铁浓度的差异不同.常优87288品种在缺铁培养时地上部铁浓度仅为正常供铁时的58%,远诱一号为62%,科长892113为82%.在缺铁培养条件下,3个品种间地上部铁浓度没有差异,而在正常供铁条件下,其地上部铁浓度高低顺序依次为:常优87288>远诱一号>科长892113.虽然加铁和缺铁培养的植株地上部铁浓度有一定的差异,但缺铁培养的水稻植株没有表现出缺铁黄化现象.212 对污染元素Cd 和微量元素的吸收和转运21211 植株对Cd 和Zn 的吸收和转运 从图3和图4中可以看出,缺铁培养的水稻植株地上部Cd 、Zn 的浓度高于正常供铁植株.常优87288水稻品图3 铁对不同品种水稻植株地上部镉含量的影响Fig.3 E ffect of iron supply on Cd concentra 2tion in shoot of three rice varieties 图4 铁对不同品种水稻植株地上部锌含量的影响Fig.4 E ffect of iron supply on Zn concentra 2tion in shoot of three rice varieties1022期李花粉等:根分泌物对根际重金属动态的影响种的不同处理间对Cd 和Zn 的吸收差异最大,缺铁培养的水稻植株地上部Cd 和Zn 浓度是正常供铁时的114倍.水稻对Cd 和Zn的吸收表现出相似的吸收规律.图5 铁对不同品种水稻植株地上部锰含量的影响Fig.5 E ffect of iron supply on Mn concentra 2tion in shoot of three rice varieties21212 植株对Mn 的吸收和转运从图5可以看出,对于常优87288和远诱一号两个品种,缺铁培养的水稻植株地上部Mn 含量高于正常供铁时的植株,而对于科长892113,不同处理间的差异不明显.3 讨 论在金属转移到植物根系的过程中土壤溶液起了重要的作用.通过配合阳离子,可溶性根分泌物可能会促进根附近的金属的可溶性.由于它们的低分子量,分泌物可以在土壤中移动,在它们释放之后,可以通过扩散作用从根表移至根际某一小的范围,可能会作为金属载体.禾本科植物缺铁时,根系可分泌麦根酸类植物铁载体[1],这类物质对难溶性铁有极好的配合能力,能与Fe 3+形成稳定性很高的配合物,从而增加植物对铁的吸收[11].然而这种活化机制并不具备元素专一性,缺铁条件,难溶性锰化合物例如MnO 2也能被溶解[12].其它元素如Cd 也可能被溶解使其有效性增强,因而也促进了对Cd 的吸收.Nomo 2to [13]从已有的麦根酸与其它重金属元素的配合常数中推断,麦根酸类植物铁载体不仅能配合铁,也能配合Cd 和Zn 等金属元素.缺铁条件下培养的水稻植株地上部Cd 、Zn 和Mn 含量均高于正常供铁的植株,这可能是缺铁时水稻根系分泌的植物铁载体活化了水稻根际的微量元素Mn 、Zn ,提高了其有效性,与此同时也活化了根际污染元素Cd 的缘故.在供铁充足时,由于水稻根分泌的植物铁载体很少甚至没有,根际可溶性微量元素如Mn 、Zn 和污染元素Cd 的数量较低,仅靠缓慢的扩散作用进入植物根细胞膜表面,故吸收量较少.Mench 等[14]用铁高效的Coker 227和铁低效的TAM 02312燕麦品种进行的试验结果表明,植物铁载体能够使Coker 227根际中Zn 、Cd 和Ni 的水平升高,并且植物地上部重金属元素的含量也相应升高,而铁低效的TAM 02312没有激活这种机制,所以植株地上部的金属含量也没有升高.虽然缺铁处理的水稻没有表现出缺铁症状,但植株体内含铁量都比对照植株低得多,而且不同水稻品种表现出的差异不同,尤以常优87288品种表现明显(图2),这可能与不同水稻品种对铁的需求量不同有关.植株从土壤中的吸镉量与植株的铁营养状况有一定的关系(图2,图3).缺铁处理时常优87288品种的植株地上部铁含量仅为正常供铁处理的58%,而Cd 的含量却比正常供铁植株高114倍;缺铁时远诱一号和科长892113植株地上部含铁量也比正常供铁时低,但差异不如常优87288明显,Cd 含量比正常供铁时高,但差异也不如常优87288明显.在培养过程中,由于土壤很少,生长在土壤中的根吸收的铁不能满足植物生长的需要,据推测植物体内的铁营养状况可能已在调节和控制着植物的生化反应[12].根据本试验的结果尚难以区分植物体中的Mn 和Zn 是来自土壤还是营养液中,而Cd 肯定是从土壤中吸收的,因为营养液中不含有Cd ,但从不同处理的水稻对Cd 的吸收来看,缺铁水稻也可能会活化土壤中的Zn 和Mn.202环 境 科 学 学 报18卷参考文献1 Takagi S.Naturally occurring iron 2chelating compounds in oat and rice 2root washings.Soil Sci Plant Nutr ,1976,22:423—4332 Sugiura Y ,Nomoto K.Phytosiderophore :Structures and properties of mugineic acids and their metal complexes.Structure and Bonding ,1984,58:107—1353 Mori S ,Nishizawa N.Methionine as a dominant precursor of phytosiderophores in graminaceae plants.Plant Cell Physiol ,1987,28:1080—10924 Mori S ,Nishizawa N.Dynamic state of mugineic acid and endogenous phytosiderophores in Fe 2deficient barley.J Plant Nutr ,1987,10:1003—10115 Marschner H ,R ¨o mheld V ,K issel M.Localization of phytosiderophors release and iron uptake along intact barley rooots.Physiol Plant ,1987,71:157—1626 Takagi S ,Nomoto K ,Takemoto T.Physiological aspect of mugineic acid 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Yuanyouyihao and 2K echang 892113under Fe 2deficient stress were also lower than that of Fe 2sufficient treatment ,but the differences were smaller than the former.Cd and Zn concentrations were also higher than that of Fe 2sufficient treatment ,but the differences were also smaller than that of Changyou 87288.The Mn concen 2trations in shoots of Changyou 87288and Yuanyouyihao from Fe 2deficient treatment were higher than that of Fe 2sufficient treatment ,but the Mn concentrations in shoots of K echang 892113showed no significant difference between treatments.K eyw ords root exudates ,heavy metal ,rice ,spliting 2root experiment.1996203211收到原稿1996209207收到修改稿3022期李花粉等:根分泌物对根际重金属动态的影响。
水稻耐镉胁迫的生理响应
水稻耐镉胁迫的生理响应在过去的几十年中，科学家们对水稻耐镉胁迫的机制进行了广泛的研究。
水稻基因组的研究表明，许多基因参与了水稻对镉的耐受性。
这些基因涉及到镉的吸收、运输、解毒和耐受性等多个方面。
水稻的遗传机制也对其耐镉胁迫的能力具有重要影响。
当水稻受到镉胁迫时，其体内会发生一系列生理响应。
其中，脯氨酸含量的增加是水稻耐镉胁迫的一个重要特征。
脯氨酸作为一种重要的渗透调节物质，可以帮助水稻适应镉引起的氧化应激。
镉胁迫也会导致丙二醛含量增加，而丙二醛是细胞膜损伤的一个重要指标。
还有研究表明，游离态钙离子在镉胁迫下也会发生变化，参与水稻耐镉胁迫的信号转导过程。
除了上述生理响应外，水稻在受到镉胁迫时，其细胞膜透性和光合作用也会受到影响。
在镉胁迫下，细胞膜透性增加，导致水分和营养物质流失，对水稻的生长产生不利影响。
镉还会影响光合作用过程中叶绿素的合成，导致光合作用效率下降。
为了提高水稻的耐镉性，可以采取一系列应对策略。
其中，优化耕作模式是一个重要的方面。
通过合理的轮作制度、施肥管理等措施，可以减少土壤中镉的积累，提高水稻的耐镉性。
加强土壤治理也是提高水稻耐镉性的关键措施。
例如，通过应用石灰、沸石等物质，可以降低土壤中镉的有效性，减少其对水稻的危害。
除了上述应对策略外，提高农作物的抵抗力也是一个有效的途径。
通过选育和推广耐镉性强、产量高的水稻品种，可以更好地适应镉胁迫环境，提高水稻的产量和品质。
对水稻进行基因编辑也是一项有前途的技术，可以通过编辑水稻基因组，提高其耐镉性和产量。
水稻耐镉胁迫的生理响应及其分子机制研究对于提高水稻产量具有重要意义。
通过深入了解水稻耐镉胁迫的机制，可以采取有针对性的应对策略，包括优化耕作模式、加强土壤治理、选育耐镉性强、产量高的水稻品种等措施，以减轻镉胁迫对水稻生长的不利影响，提高水稻产量和品质。
随着科技的不断发展，相信未来会有更多有关水稻耐镉胁迫的研究成果问世，为农业生产提供更多有效的技术支持。
水稻重金属镉污染研究综述
水稻重金属镉污染研究综述镉（Cadmium，Cd）是一种毒性极强的重金属元素，也是人体和植物非必需元素。
Cd 由于其在环境中具有很强的迁移转化特性及对人体的高度危害性而被列为《国家重金属污染综合防治“十二五”规划》重点关注的5大重金属污染元素之一（孙聪，2014）。
镉通过食物链进入人体后，会对人体肾、肺、肝、睾丸、脑、骨骼及血液系统等产生损伤，造成急性或慢性中毒，甚至癌变。
镉过量会抑制植物的生长。
水稻是中国第一大粮食作物，全国约有65%人口以稻米为主食，稻米的安全品质与人类健康密切相关，目前水稻生产正受到镉污染土壤的严重威胁（孟桂元，2015）。
与其它重金属元素相比，镉（Cd）对水稻显示出更大的毒性，镉的活性较强，容易被水稻吸收和富集，可以在不影响水稻正常生长的情况下积累较高含量的镉，重金属Cd通过灌溉在土壤中累积，且主要累积在0－20cm表层土壤（姜国辉，2012），经过根、茎、叶的吸收，最终迁移到稻米中，直接影响人类的健康。
据不完全统计，我国受镉污染的农田面积已超过20万hm2，每年生产镉含量超标的农产品达14.6亿kg（杨双，2015），由于重金属污染导致的粮食每年减产1000多万t，受污染粮食多达1200多万t，经济损失达200多亿元。
如在某安化县境内的某铀矿区，每年因污灌带入农田的镉达2-3kg/hm2，使近40km2的农田受到不同程度污染。
严重危害了广大人民群众的身体健康（贺慧，2014）。
目前土壤镉污染问题已成为国内外学者研究的热点之一（李启权，2014）。
国内、外关于土壤Cd污染对水稻的生态风险进行了大量的研究，主要集中在不同水稻对Cd的富集机理、Cd在土壤-水稻系统迁移转化的根际过程及分子机理与遗传规律、Cd诱导胁迫的生理生化特征及Cd污染土壤的生态修复等。
1、不同水稻对Cd的富集机理大量研究表明，由于遗传特性的不同，水稻对镉的吸收存在着很大差异，这种差异不仅表现在水稻的不同类型之间，也表现在不同品种之间。
有机污染物在水稻中的吸收转化及其生态毒理效应
有机污染物在水稻中的吸收转化及其生态毒理效应水稻是全世界最主要的粮食作物之一，其种植面积和产量占据了全球农业的重要地位。
然而，现代农业生产中广泛使用的化肥、农药、污水以及废弃物等，含有各种有机污染物，这些有机污染物会被水稻吸收和转化，对水稻的生态环境和人类健康造成一定的威胁。
本文将讨论有机污染物在水稻中的吸收转化及其生态毒理效应。
一、有机污染物在水稻中的吸收转化水稻作为水生植物，其根系和根周土壤受到了许多源头的污染，如粪便、废水、污泥等，这些污染源中含有大量的有机污染物。
在水稻生长过程中，有机污染物会经过吸附、吸收、降解等过程，在水稻体内发生转化。
1. 吸附和吸收水稻根系主要通过吸附和吸收来摄取水中的有机污染物。
有机污染物在土壤和水中的存在形式有溶解态和颗粒态两种，其中溶解态易被水稻根系吸收。
水稻根系上有大量的伸展生长和吸附根，其吸附能力强，能够与水中有机污染物发生物理和化学作用，使其对水稻的吸收增强。
相较于其他植物，水稻根系吸附能力相对较弱，因此水稻容易吸收水中的铅、镉、汞等重金属，但对有机污染物的吸收能力则较小。
2. 降解和代谢吸收到有机污染物的水稻，有些会在体内发生降解和代谢反应。
这些降解和代谢反应通过一系列的化学反应、酶催化等机制，在水稻体内逐步转化为无毒物质。
水稻体内的细胞壁、叶绿体、线粒体等结构内都含有不同的酶，可将有机污染物降解成小分子结构，如醛类、酮类、甲苯类等。
此外，植物体内也存在另一种化学反应机制，即酸性高氧化还原能力（AOX），含有氧化性较强的化学物质能在该机制下被还原为无毒物质。
二、有机污染物对水稻的毒理效应有机污染物的存在会对人类和生物环境产生危害，水稻是水生物种中最受污染影响的植物之一，受到污染的水稻更容易溢出有毒物质，对环境和人类健康造成潜在的风险。
1. 污染源对水稻的影响对水稻的污染主要来自污水、废弃物以及污染地块，这些污染源中含有各种有机污染物，中长期暴露于污染源下的水稻，会吸收、转化和积累大量的有机污染物，这些物质会对水稻生理和代谢过程产生影响。
《水稻秸秆生物炭对镉的吸附性能研究》
《水稻秸秆生物炭对镉的吸附性能研究》一、引言随着工业化和城市化的快速发展，重金属污染问题日益严重，尤其是镉（Cd）污染，已成为环境科学领域关注的焦点。
镉是一种有毒的重金属，其进入人体后不易被排除，能引起肾脏和骨骼等多系统的损伤。
目前，各种修复技术中，吸附法因其操作简便、成本低廉等优点备受关注。
水稻秸秆作为一种农业废弃物，具有来源广泛、成本低廉等优点，经过炭化处理后的生物炭具有良好的吸附性能。
因此，研究水稻秸秆生物炭对镉的吸附性能，对于解决镉污染问题具有重要的现实意义。
二、材料与方法1. 材料（1）水稻秸秆：采集自本地农田，经过清洗、晾干、破碎等预处理。
（2）镉溶液：采用CdCl2·2.5H2O配制不同浓度的镉溶液。
（3）生物炭：将预处理后的水稻秸秆进行炭化处理，制备生物炭。
2. 方法（1）生物炭的制备：将水稻秸秆在管式炉中，以一定温度和时间进行炭化处理，制备生物炭。
（2）吸附实验：在一定温度下，将生物炭与镉溶液混合，充分搅拌后静置，测定上清液中镉的浓度，计算生物炭对镉的吸附量。
（3）数据分析：采用Excel和SPSS软件进行数据整理和分析。
三、结果与分析1. 生物炭的表征通过扫描电子显微镜（SEM）观察生物炭的形貌，发现生物炭表面具有丰富的孔隙结构，有利于吸附重金属离子。
通过X射线衍射（XRD）分析，发现生物炭中含有大量的无定形碳和石墨化碳。
2. 吸附性能研究（1）吸附等温线在不同温度下，测定生物炭对镉的吸附等温线。
结果表明，随着镉浓度的增加，生物炭对镉的吸附量也逐渐增加。
在相同浓度下，温度越高，生物炭对镉的吸附量也越大。
这表明生物炭对镉的吸附过程是吸热反应。
（2）吸附动力学研究在不同时间点测定生物炭对镉的吸附量，绘制吸附动力学曲线。
结果表明，生物炭对镉的吸附过程符合准二级动力学模型，表明化学吸附是速率控制步骤。
（3）影响因素研究pH值、离子强度和共存离子等因素对生物炭吸附镉的影响进行了研究。
植物积累重金属的机理及其在生态修复中的应用研究
植物积累重金属的机理及其在生态修复中的应用研究植物被广泛地应用在很多领域里，例如农业、林业以及生态修复等等。
其中，植物在生态修复中的应用越来越受到重视，其原因就在于它具备了重金属积累的能力。
重金属通常都对生物体有着不同程度的危害，而植物可以通过吸收、转运、积累这些重金属，来清除污染区域的土壤和水源，从而发挥生态修复的作用。
本文将分析植物积累重金属的机理，进而探讨它在生态修复中的应用研究。
一、植物积累重金属的机理植物积累重金属的机理是一个复杂的过程，其中不同的植物、不同的重金属，以及不同的环境条件，都会对这一过程产生影响。
现在已经有许多研究人员在进行该领域的研究，随着科技的不断进步，这一机理也越来越被全面深入地研究。
1、植物吸收重金属的方式植物吸收重金属主要通过以下三种方式：（1）根吸收法：这种方式是通过植物根部所分泌的根系分泌液吸收重金属。
这种方法的吸收速度相对较慢，但是它却是植物吸收重金属的主要方式。
（2）叶吸收法：这种方式是通过植物的叶子表面的气孔吸收重金属的。
这种方式的吸收速度比根吸收法快，但是它只能吸收少量的重金属。
（3）气态吸收法：这种方式是通过植物的叶子表面吸收空气中的重金属污染物质。
这种方式的吸收速度极快，但是其局限性比较大，只适用于一些特殊的植物。
2、植物转运重金属的方式植物转运重金属主要通过以下两种方式：（1）整株转运法：这种方式是植物将吸收的重金属通过根系运输到植物的上部部分，进而通过植物体内的循环系统分配到不同的器官中。
（2）分散转运法：这种方式是植物在吸收完重金属后，通过分泌物和蛋白质等有机物质来转运重金属，这样可以让吸收的重金属更分散而少积累在某一器官中。
3、植物积累重金属的机理植物积累重金属主要通过以下机理：（1）配位机理：通过植物体内的某些有机物质与重金属离子结合而形成一些细胞壁或细胞的内部复合物，从而达到重金属的积累和固定的作用。
（2）化学沉淀和共析机理：通过植物体内的矿物质和有机物质以及重金属离子的结合，而形成一些沉淀和共析的复合物，进而实现重金属的积累。
稻米中镉的分布规律及降镉方法研究进展
稻米中镉的分布规律及降镉方法研究进展作者：刘旸易翠平来源：《粮食科技与经济》2018年第01期[摘要]水稻是一种镉蓄积作物，在镉污染土壤中，镉由水稻根部吸收并有少量向水稻地上部分转移从而进入到人们食用的稻米籽实中。
在稻米籽实的各结构中，镉浓度的排序为米糠>胚>胚乳>稻壳，但在镉的总含量上胚乳占据绝大优势。
稻米籽粒中镉主要是和大米蛋白结合，含量10%左右的大米蛋白积蓄了60%以上的镉。
目前常用的镉米降镉方法大致可分为碾米精加工、溶剂浸提、组分分离、微生物发酵四大类，其中碾米精加工方法简单，但降镉效果有限，只适用于镉含量超标较低的大米；溶剂浸提法降镉效果好但需满足一定工艺条件且对大米品质有影响；组分分离法降镉效果好，但后续产品利用的只有大米淀粉；微生物发酵法降镉效果优良，但处理过后的镉米只适用于发酵产品的开发。
四种降镉方法各有特点，能有效起到镉米降镉作用，同时也都待改良完善。
[关键词]稻米；镉；降镉方法中图分类号：P618.81 文献标识码：A DOI：10.16465/431252ts.201801252007年，潘根兴教授通过调研，发现市面上有10%的大米存在着镉超标问题，镉大米事件开始引起了科研工作者的关注，如何加工利用这类大米，使其达到国家标准也成为研究热点。
本文将对近年来有关稻米中镉的分布规律和降镉方法的相关研究进展进行总结，以此为镉大米的研究及加工利用提供参考。
1稻米中镉的富集及分布1.1稻米对镉的吸收能力与分布规律众多研究表明，不同农作物之间对不同重金属的吸收能力存在差异，稻米是对镉富集能力突出的农作物。
李铭红等对不同农作物对重金属镉的吸收能力做了研究，得出不同农作物对镉富集系数的排序为水稻>大豆>大麦>玉米>小麦。
美国重金属研究专家ChaneyRL也指出水稻属于镉强积累的农作物，水稻是对镉吸收最强的大宗谷类作物。
此外，稻米对于不同的重金属的富集能力也尽不相同，稻米对土壤中镉的吸收能力较明显的高于铜、锌、汞、砷、铅等重金属。
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作物研究（CROP RESEARCH)2018,2(3) ：244 -248,64水稻根系分泌物对镉吸收、积累影响机理研究进展黄亚男，傅志强1^(湖南农业大学农学院，长沙41018)摘要:综述了水稻根系分泌物的种类、产生机制以及对水稻镉吸收、积累的影响机理,分析了水稻根分泌物、土壤镉以及两者间的关系，对稻田镉污染下水稻根系分泌物的研究进行了展望，以为水稻镉污染防治研究提供参考。
关键词:水稻;根系;分泌物;镉;机理中图分类号:S511.01 文献标识码:A文章编号= 1001-5280(2018)03^0244-05 DOI ：10. 16848/j. cnki. issn. 1001-5280. 2018. 03. 17Study Progress about the Mechanism of Cadmium Uptakeand Accumulation in Rice Root ExudatesHUANG Yanan,FUZhiqiang*(College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128 , China)Abstract： The exudates types of rice root , t h e mechanism of rice root exudation , and the mechanism of and accumulation were revie'wed. The rice root exudates, soil cadmium, and their relationship were analyzed. The study progress about rice root exudates under cadmium pollution in paddy fields was expected. The outlook provi the research to prevent and control the rice cadmium pollution.Keywords ： rice ； root ； exudates ； cadmium ； mechanism水稻是我国最主要的粮食作物，大约60%的人 口以水稻为主食[1]。
水稻具有富集重金属镉（Cd)的习性，极易在籽粒中积累，是吸收镉能力最强的大 宗谷类作物[]。
目前，稻田重金属污染已经十分严 重，特别是重金属元素镉，已成为危害我国水稻生产 安全的主要污染物之一，稻米镉含量超标的问题广 受关注[3]。
因此，加强水稻镉污染防治研究对我国 粮食安全生产具有重要意义。
水稻根系向根际释放一些无机离子和有机化合 物，可能影响到根际重金属的表现形态。
根系分泌 物对土壤重金属活化的机理、根系分泌物在植物修收稿日期=2018-03 -28作者简介:黄亚男（1993 -),女，硕士研究生,Email:1135203401@ 究，Email:zqf_cis@126. com。
基金项目：湖南省农业委科技项目。
复污染土壤中的作用以及农艺调控措施、有机肥和 栽培条件对水稻镉积累的影响等方面皆有许多研究 报道，但水稻根系分泌物与土壤镉之间的相互影响 报道少见。
本文对这方面的研究进展进行分析与探 讨，旨在为开展相关研究提供参考。
1根系分泌物及其对根际的作用l.i根系分泌物的种类根系分泌物是植物在生长过程中向外界环境分 泌的各种有机物和无机物的总称。
其在土壤和植物 之间承担着信息传递和物质交换的重要作用，是响c m。
*通信作者:傅志强，博士，主要从事耕作制度与碳氮循环研第32卷第3期黄亚男等:水稻根系分泌物对镉吸收、积累影响机理研究进展245应外界环境胁迫的重要途径，对植物生长发育、根际 环境具有调控作用，也是微生物的能源物质。
广义 的根系分泌物包括根系健康组织代谢分泌出来的物 质，成熟根部表皮细胞的脱落和细胞内含物的分解，以及根毛分泌的粘胶状物质等等，主要有以下4 种[4]:渗出物、分泌物、粘胶质和裂解物质。
狭义的根系分泌物仅包括通过溢泌作用进入土壤的可溶性 有机物[5]。
由表1可知，一般可分为低分子量可溶 有机物和高分子量有机物，低分子量分泌物主要包 括有机酸、糖类、酚类和各种氨基酸，高分子量分泌 物主要包括粘胶和外酶[6]。
表1根系分泌物的常见种类Table 1 Common types of root exudates种类有机酸糖类酚类氨基酸酶类其它_______________________________________________________名称_______________________________________________________草酸,酒石酸，苹果酸,柠檬酸，乙酸,丙二酸，丁二酸,琥珀酸，戊酸，己二酸，丁酸，反丁烯二酸,戊二酸，羟基 乙酸，烃基戊二酸，乳酸，顺丁烯二酸，丙酸,丙酮酸葡萄糖,麦芽糖，果糖，蔗糖,岩藻糖，半乳糖,低聚糖，棉子糖,鼠李糖，核糖，木糖，阿拉伯糖咖啡酸，苯乙烯酸，邻苯二酚,阿魏酸,7 -羟基-6-甲氧基香豆素谷氨酸,亮氨酸，色氨酸,丙氨酸，异亮氨酸，半胱氨酸,胱氨酸，天冬氨酸，天冬酰胺，丝氨酸,脯氨酸，精氨 酸，甲硫氨酸,甘氨酸，苏氨酸,缬氨酸，苯丙氨酸，谷氨酰胺,赖氨酸淀粉酶,转化酶，磷酸酯酶，多聚半乳糖醛酸酶，硝酸还原酶,硫酸酶，木聚糖酶，吲哚乙酸氧化酶,蛋白酶，尿 酶,接触酶维生素，核苷,生长素，胆碱，有机磷化物，烟酸，肌醇1.2对根际土壤溶液中重金属离子的影响随着人类活动的影响，土壤中的重金属积累量 已明显高于土壤环境的背景值，导致土壤环境被破 坏，人类生产活动受抑制，植物受毒性日益增加。
有 研究发现[7’8]，当植物所生长的外界环境受到重金 属胁迫，危害植物生长时，植物会产生一定的生理反 应来抵御不良环境带来的危害，根系作为直接接触 土壤的地下部分，根际环境的反应尤为明显，其中表 现为根系分泌物的分泌，降低重金属的有效性和移 动性，减少植物对重金属的吸收。
根系分泌物的组 成和数量变化是植物响应外界环境胁迫最直接的反 应，也是长期以来对生存环境所适应的结果。
重金属胁迫下的根际环境与未受到重金属污染 的土体存在显著的差异，土壤溶液中的成分也更复 杂，分泌物会影响重金属离子的固定和活化状态，影 响其生物有效性，从而影响重金属在土壤和植物之 间的迁移转化行为。
如在铝胁迫的环境下，耐铝植 物会分泌有机酸，来减缓铝的毒害作用[]。
又如已 有的研究显示，植物根系分泌物草酸、柠檬酸、酒石 酸等对Zn矿尾砂及其废水污染的土壤中的Pb、C d 等重金属离子具有较强的活化效应[1]。
2水稻根系分泌物对镉的吸收、积累影响机理21水稻根系分泌物对镉吸收的影响2.1.1土壤中镉形态及其可被根系吸收的途径镉是一种相对稀有的重金属，在自然界中主要 以硫化物的形式存在于铜、锌、铅等有色金属矿藏 中，一般含量很低。
然而，人类活动会通过各种途径 导致镉进入到土壤，由于镉具有不能或不易被生物 体分解转化，不易随水移动的特点，镉只能沿食物链 逐级往上传递，在生物体内富集，当累积到较高含量 时就会产生毒性效应，危害人类身体健康。
土壤中镉的形态是其所处环境化学物理状态的 反映，与土壤中的其他物质结合而以一定的形态存 在，其迁移与传输就是在一定的形态下进行的。
镉 进入土壤后，通过溶解、沉淀、凝聚、络合吸附等各种 反应，形成不同的化学形态。
土壤中镉的存在形态 很多，大致可分为水溶性镉和非水溶性镉两大类。
络合态和离子态的水溶性镉能为作物所吸收，对生 物危害大，而非水溶性镉不易迁移，难以被植物所吸 收;随着条件的改变，二者可互相转化。
土壤中镉的 存在形态还可具体分为可交换态、有机态、残余态、碳酸盐结合态和铁锰氧化结合态5种，不同形态的 镉表现出了不同的活性。
246作物研究（CROPRESEARCH)2018年6月镉在土壤中因具有移动性强、活性高、毒性强的 特点，一旦被水稻吸收进入植株体内，积累到一定程 度时，便会出现植株生长缓慢、褪绿、矮化、产量下降 等受毒害症状[11]。
水稻对镉的吸收方式主要有根 部吸收、叶片吸收和表皮渗透3种途径。
从植物生 理来看，土壤中的镉元素进入水稻植株体内，再转移 至籽粒可分为三步:第一步是根系对镉的吸收，主要 通过质外体途径和共质体途径进入根系维管柱;第 二步是木质部的运载，木质部中的镉通过转运蛋白 进入导管，然后利用蒸腾作用和根压向上转移;第三 步是韧皮部向籽粒的转移[2]。
以此完成了水稻对 镉的吸收，并在籽粒中积累。
根部吸收作为镉的主要吸收方式，根系成为水 稻吸收镉的主要影响因素。
重金属要进入植物体 内，被根系所吸收，首先要被活化，转变为植物可吸 收的状态，以溶解态的形式进入。
植物根系对重金 属的吸收效率主要与重金属的存在形态有关[13]。
有研究表明，除残渣态外，其余形态重金属都可被植 物直接或间接吸收[4]。
2.1.2根系分泌物与根际有效态镉的关系根系分泌物对重金属镉的活化有一定影响，主 要有三种方式。
第一种是通过抑制镉的活性，将镉 转变为难溶物固定在土壤中。
有研究表明，根系分 泌物中某些特殊的有机酸和某些金属结合蛋白可螯 合重金属。
根分泌的粘胶物质与根际中的Cd2+络 合，形成稳定的螯合体，将污染物固定在污染土壤 中[15]。
以此，将镉元素转化为不易被水稻根系吸收 的形态，降低水稻镉含量，这是根系分泌物对重金属 形态的螯合作用。
第二种是对重金属的酸化作用，根系分泌物可酸化不溶态重金属。
绝大多数金属污 染物都是以难溶态存在的，其可溶性很大程度上取 决于环境的酸碱度。
根系通过增加或减少H+的分 泌，改变有机酸的量，调节根际p H值[16]。
C d的有 效性随土壤p H的升高而降低，根际的酸化可以导 致植物对Cd的吸收增加。
有研究表明，土壤pH值 由7.0下降到4.55时，交换态Cd增加，难溶性C d 减少[1]。
稻田土壤中的镉，可溶于酸，不溶于碱，若 根系分泌物的H+增加，p H值降低，则镉极易被酸 化转化为可溶性状态。
另外，在酸性土壤中，根系分 泌物中的高分子粘胶物质能够吸附固定一些重金属 元素，如Fe、A l、Mn、Cd等，以减轻它们对植物的毒 害作用[18]。
第三种是还原活化作用。
在根际土壤中，根系分泌物如有机酸和氨基酸等被根际微生物 所利用，使得根际土壤的氧化还原电位低于非根际 土壤，土壤中的变价重金属被还原，提高了其有效 性，形态被改变。
水稻的根系分泌物通过这三种方 式，对镉的存在形态和有效性产生一定影响，从而抑 制或促进根系对镉的吸收。