植物对铅胁迫的耐性及其解毒机制研究进展

植物对重金属元素的耐性、积累特性是利用植物修复铅污染土壤的前提,因而需要全面理解植物对铅吸收、转运、积累和解毒的一系列生理机制.本文从植物自身对铅的适应和防御机制出发,综述了细胞壁和液泡在植物细胞钝化与铅积累中的功能;根系分泌物对铅生物有效性的影响;超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、谷光苷肽还原酶（GR）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和植物螯合肽、谷胱甘肽在铅解毒中的作用,以及金属硫蛋白和铅特异基因表达的研究进展.并对未来该领域的研究以及铅污染环境植物修复技术的发展进行了展望.     

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。     

基于GIS和地统计学的低山茶园土壤肥力质量评价

亚热带低山区是我国茶园的主要分布区域,研究其土壤肥力质量状况是茶园精准化和信息化管理的基础。利用地统计学、GIS以及多元统计分析相结合的方法,对蒙顶山茶园土壤肥力质量进行了定量化综合评价研究。结果表明：（1）蒙顶山茶园土壤肥力质量沿海拔高度垂直变化明显,大部分土壤肥力区沿蒙顶山阳坡面水平方向呈带状分布。土壤肥力较高的区域分布在山体的中上部,随着海拔高度的降低土壤肥力质量水平也逐渐降低。（2）蒙顶山茶园土壤肥力质量总体水平不高。区域内土壤各项肥力指标与优良茶园相比还存在差距,同时肥力质量偏低的区域所占面积较大：第四、五两级肥力区所占面积最大,占总面积的42．35％。肥力较低的后5级占总面积的近70％,而肥力最高的3级不到10％。（3）采用该方法进行土壤肥力质量评价能较客观地反映土壤肥力状况,为地统计研究成果实际运用提供了思路。     

植茶品种对土壤动物群落结构的影响

土壤动物是重要的土壤环境生物学指标之一,研究不同植茶品种土壤动物群落结构的差异可为退耕植茶地优势植茶品种的选育提供科学依据。选取雅安市名山区中峰万亩生态茶园中4种主栽品种(福鼎大白茶、川茶3号、川沐217号、川农黄芽早)土壤为研究对象,采用手捡法、改良干漏斗法(modified Tullgren)和湿漏斗法(Baermann)分离0~15 cm土层中的土壤动物。结果表明:捕获茶园土壤动物分属5门10纲23目;在土壤动物个体密度上,福鼎大白茶显著高于其他植茶品种;线虫门为4种茶树的共有优势类群;川沐217号和川农黄芽早土壤动物的类群数显著高于福鼎大白茶和川茶3号;川茶3号土壤动物的Shannon指数和均匀度指数显著高于其他植茶品种;土壤动物丰富度指数与土壤有机碳、有效磷含量呈显著正相关,均匀度指数与速效钾含量呈显著负相关。可见,适当提高土壤中有机碳和有效磷含量可提高土壤动物的群落丰富度。     

氮高效利用基因型大麦的物质生产与氮素积累特性

通过土培盆栽试验,研究了22份大麦材料在低氮(125 mg·kg^-1)和正常氮(250 mg·kg^-1)处理下氮素吸收利用效率的基因型差异,探讨氮高效大麦干物质生产与氮素积累特性.结果表明： 大麦氮素吸收利用效率基因型差异显著.低氮处理下籽粒产量、氮素籽粒生产效率及氮素收获指数的最高值分别是最低值的2.87、2.92、2.47倍;氮高效基因型大麦籽粒产量、氮素籽粒生产效率和氮素收获指数均显著大于低效基因型,低氮处理下高效基因型3个参数较低效基因型分别高82.1%、61.5%和50.5%.氮高效基因型大麦各生育期干物质和氮素积累优势明显,干物质积累高峰出现在拔节-抽穗阶段,氮素积累高峰出现在拔节前;低氮处理下高效基因型典型材料DH61、DH121+的干物质量较低效基因型典型材料DH80分别高34.4%、38.3%,氮素积累量较DH80分别高54.8%、58.0%.供试大麦干物质和氮素的阶段性积累量对籽粒产量的影响为拔节前最大,且低氮处理下贡献率最高,分别为47.9%和54.7%;而干物质和氮素的阶段性积累量对氮素籽粒生产效率的影响在抽穗 成熟阶段最大,其次是播种-拔节阶段,低氮处理下这两个阶段的贡献率分别为29.5%、48.7%和29.0%、15.8%.氮高效基因型大麦在各生育期的物质生产和氮素积累能力强,低氮处理下优势较为明显,能够提高拔节前干物质生产和氮素积累能力,并协同提高大麦产量和氮素利用效率.     

适宜印度块菌生长的地形和土壤因子

在云南、四川和西藏印度块菌产区的9个地点进行调查和采样,选择地形因子和土壤因子为评价指标,采用主成分分析法对印度块菌生长适宜性进行综合评价,以确定印度块菌的生长与地形因子和土壤因子的关系.结果表明:1)地形因子和土壤因子15个指标中提取出的5个主成分,累计贡献率达到87.5％.地形因子中坡位对块菌生长的影响最大,坡位越高越不适宜块菌生长,以中坡和中下坡最佳.2)土壤因子中容重、粉粒含量、pH值、全氮含量、交换性钙镁含量是块菌生长的限制因子.容重为0.65～0.82 g· cm-3适宜块菌生长,而容重过高(＞1 g·cm-3)不利于块菌的生长;粉粒含量为30.0％、砂粒含量为55.0％左右适宜块菌的生长,而粘粒含量过高不利于块菌的生长.在土壤化学因子中,pH值在6.40左右、全氮为2.29 ～3.70 g·kg-1、交换性钙为22.91～37.17 cmol·kg-1、交换性镁含量为1.85～2.59 cmol·kg-1的环境条件适宜块菌生长.3)综合评价表明,在9个采集地点,云南省昆明市哨上村和西藏自治区林芝地区江色岗得分较高,其地形和土壤条件最适合块菌生长;而四川省攀枝花市二十九梁子和云南省楚雄州五顶山得分较低,其地形和土壤条件不太适宜印度块菌生长.     

低磷胁迫下磷高效基因型大麦的根系形态特征

在根袋土培盆栽条件下,以磷高效基因型DH110+、DH147和低效基因型DH49大麦为试验材料,利用根系分析系统分析不同施磷(P₂O₅)水平(极低磷25 mg·kg^-1、低磷50 mg·kg^-1和正常磷75 mg·kg^-1)下,磷高效基因型大麦的根系形态特征及其与植株磷素吸收的关系.结果表明： 低磷胁迫显著降低大麦生物量和磷吸收量,其中磷高效基因型的生物量和磷吸收量在各施磷水平下分别为低效基因型的1.24～1.70和1.18～1.83倍;大麦的总根长、总根表面积、平均根系直径、不定根长及其根表面积、侧根长及其根表面积均随施磷水平的降低而显著降低,其中磷高效基因型大麦在各施磷水平下的总根长、总根表面积、比根长、侧根长及根表面积分别为低效基因型的1.46～2.06、1.12～1.51、1.35～1.72、1.69～2.42和1.40～1.78倍,而平均根系直径为低效基因型的70.6%～90.2%;主成分分析表明,平均根系直径、比根表面积和比根长受基因型差异的影响较为明显,是区分两类磷效率基因型大麦根系形态差异的主要指标;偏最小二乘回归分析表明,各施磷水平下,总根长、总根表面积对大麦植株磷素吸收贡献均较大,随施磷水平降低,不定根长、不定根表面积对大麦植株磷素吸收的贡献明显降低,而平均根系直径、比根长、侧根长及其根表面积的贡献明显增加.磷高效基因型大麦可通过维持侧根的生长、根细度和比根长的增加来适应低磷胁迫.     

富钾基因型籽粒苋主要根系分泌物及其对土壤矿物态钾的活化作用

通过试验,研究了2种供K水平对籽粒苋(Amaranthus spp.)富K基因型和一般基因型根系分泌物含量变化的影响,以及在低K胁迫时3个生长期两类基因型主要根系分泌物含量的变化特点,模拟了籽粒苋根系分泌物对土壤矿物态钾的活化作用.结果表明,籽粒苋根系分泌物中可溶性糖、氨基酸和有机酸含量随供K水平的升高而降低,且富K基因型根系分泌物中3种物质的分泌量始终大于一般基因型;在正常供K条件下,两基因型根系分泌能力相近,但在低K处理时,前者显著高于后者,差异显著;在2种供K水平下,根系有机酸分泌量在3种分泌物中占绝对优势,分别是可溶性糖和氨基酸分泌量的几十倍和几百倍.籽粒苋生长到50 d时,一般基因型根系可溶性糖、氨基酸和有机酸的分泌量较40 d时迅速降低.富K基因型根系分泌物中可溶性糖、氨基酸和有机酸含量在3个生长时期均大于一般基因型,且随着生长时间的延长,两基因型间可溶性糖、氨基酸和有机酸含量的差异明显增大.两类基因型在3个生长时期均以分泌有机酸为主,其占总分泌量的93%以上.籽粒苋根系分泌物处理后的土壤速效钾含量均高于清水对照处理,富K基因型在低K胁迫时的根系分泌物对土壤K的活化作用明显大于一般基因型.     

植茶年限对土壤团聚体线虫群落结构的影响

在野外调查的基础上,采用干筛法和改良的Baermann漏斗法,研究植茶年限(19年、26年、34年和56年)对土壤团聚体线虫群落结构的影响。本研究共捕获线虫6602条,隶属于46属,以Acrobeloides为优势属,食细菌线虫为优势营养类群。线虫总数和大多数营养类群数量均随植茶年限的延长先升高后降低,在植茶26年时数量达到最高,且随粒径的减小而减少。线虫类群数则随着植茶年限的延长,虽随着粒径的减小而减少,但对>2 mm粒径团聚体中响应不敏感。线虫结构指数(Structure index, SI)多数小于50,富集指数(Enrichment index, EI)均大于50。随着植茶年限的延长,茶园生态系统土壤食物网逐渐退化;与大粒径团聚体相比,<0.25 mm粒径团聚体中食物网受扰动相对较小。以上结果表明,植茶26年土壤更适合线虫繁殖且大粒径团聚体更有利于线虫生存;随着植茶年限的延长,土壤食物网退化,<0.25 mm粒径团聚体受到的干扰较少,这一结果有助于揭示茶园土壤团聚体中线虫群落变化和土壤食物网对植茶年限的响应特征。     

硅对土壤-烟草系统中铅迁移及形态分布的影响

通过盆栽试验,以烟草为对象,研究了硅对土壤 烟草系统中铅的迁移以及土壤、烟草中铅形态分布的影响.结果表明： 施硅使非根际土壤可交换态铅向铁锰氧化物结合态转化,使根际土中交换态铅向铁锰氧化物结合态和残渣态转化,降低了土壤中铅的植物有效性与迁移性.施硅显著提高了烟草根部和叶部的生物量,显著降低了烟草铅的总吸收量和烟草各器官的铅含量,其中烟草铅的总吸收量降低了6.5%～44.0%,烟叶铅含量降低了3.1%～60.4%.施硅使烟草根、茎和叶中乙醇提取态、去离子水提取态和氯化钠提取态向盐酸提取态和残渣态转化,降低了烟草体内铅的毒性与迁移性.土壤-烟草系统中土壤向烟草根部的移动指数和根部向茎部的移动指数随施硅量的增加而降低,烟草茎部向叶部的移动指数随着施硅量的增加呈先增高后降低的趋势.硅通过降低土壤铅有效性、缓解铅对烟草的毒害、改变烟草体内铅的形态分布,进而抑制土壤中铅向烟草叶部的迁移,降低烟叶中的铅含量.施硅是降低土壤铅的迁移性及烟叶铅含量的有效措施.