重金属污染土壤上黑麦草水稻轮作系统中镉的迁移积累的研究
镉（Cadmium ,Cd）是毒性最强的重金属元素之一，对动植物以及人体都具有很强的毒性。在我国耕田中，镉污染的点位超标率最高，镉又具有高迁移率，半衰期长的特点，极易被水稻等作物吸收和积累。水稻是一种对镉富集能力极强的作物，水稻秸秆也是一种极待开发的生产纤维素乙醇的原料；一年生黑麦草对镉也有很强的抗性和富集能力，可用于重金属污染农田的植物修复，此外，一年生黑麦草也是一种很有潜力的能源植物, 具有较高的能源转化效率。为了维护食品安全、生物质能源的生产以及镉污染土地的修复，通过偶联黑麦草与水稻生产，构建黑麦草-水稻轮作体系，研究镉的迁移积累及其对大米品质的影响。实验结果表明，初春黑麦草生长期较成熟期的镉更易向地上部分转运；在湖南田间小区实验下，种植黑麦草与否，对水稻各部位镉的转运不会造成显著影响；水稻根到茎部的转运与稻壳向稻米的转运显著高于其他部位间的转运；水稻稻米中的镉平均含量均小于0.2mg/kg，符合国家的大米标准（GB1354-2009）。
目录
摘要3
关键词3
Abstract3
Key words3
引言3
1材料与方法5
1.1试验材料 5
1.2试验方法 5
1.2.1实验设计5
1.2.2黑麦草水稻轮作系统的种植5
1.2.3样品处理6
2结果与分析6
2.1一年生黑麦草水稻轮作下，黑麦草中镉的迁移特点6
2.2一年生黑麦草水稻轮作下，水稻中镉的迁移特点 7
2.3一年生黑麦草水稻轮作下，稻田土镉含量与有效态变化及其与土壤pH的关系9
3讨论10
致谢11
参考文献11
重金属污染土壤上黑麦草—水稻轮作系统中 镉的迁移积累的研究
引言
引言
镉(Cadmium，Cd)是毒性最强的重金属元素之一[1]，是一种低含量即可对植物造成有害影响的对植物有毒的非必需元素，同时镉又具有高迁移率，植物很容易吸收和积累，因此对人类健康也构成严重威胁[2]，环境中的镉通常会通过土壤—作物—食品—人体的食物链累积[3]。在中国，有三分之 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
二以上的人以大米为主食[4]，即使在世界上，也有一半左右的人以大米为主食。但是，大米是人体内镉的重要来源[5]，大米中的镉会对人类的健康造成严重损害，例如肾脏损害、骨质疏松症以及癌症。日本在1950年发现的Itaiitai病，就源于人们吃了废弃矿场中高浓度镉污染的稻田里种植的水稻[6]。由于环境镉污染日益严重以及镉对人体的危害，人们越来越重视食品特别是大米安全，GB1354―20095《大米》国家标准中规定我国大米镉含量≤0.2mg/kg[7]。从2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》中可以看到，我国土壤的环境状况总体不容乐观，在不同土地利用类型土壤中，耕地的点位超标率最高，为19.4％；在所有污染物中，镉污染的点位超标率最高，为7.0％[8]。还有资料表明, 目前我国受重金属污染的耕地面积已超过2000万公顷[9]；在1378个污灌区土壤点位中，超标点位占26.4％。而且在过去的三十年中，我国土壤中镉平均含量显著增加，尤其在沿海和西南地区增加量超过50%[10]。
水稻是一种对镉富集能力极强的作物，研究发现不同品种水稻间镉的积累量存在显著差异，可以维持低重金属镉积累量的品种被称为镉低积累品种或低镉表型，使植物可食用部分镉浓度低于食品卫生标准的品种则称之为镉排异型品种、污染安全品种或者安全亲本材料[8]。近年来，湖南省发布的应急性镉低积累水稻品种即是通过选育推广镉低积累品种以减少镉在稻米中富集的实例。低积累水稻的选育，可以降低土壤重金属向人类食物链转入的危害。此外，据中国农业部统计，中国每年产生近11.2亿万吨的水稻秸秆，水稻秸秆具有富含高纤维素、半纤维素含量的特点，是一种极待开发的生产纤维素乙醇的原料[11]。
一年生黑麦草是我国长江流域种植较为普遍的优质牧草，可与水稻、玉米等作物轮作。同时一年生黑麦草对镉有很强的抗性和富集能力，易于管理，可用于重金属污染农田的植物修复，是镉污染土地的候选材料[12]。此外，一年生黑麦草也是一种很有潜力的能源植物, 具有较高的能源转化效率。已有研究表明，黑麦草经过预处理同步糖化酵解后生物乙醇产率高达84.6%，可作为制备纤维素乙醇的重要原料[13]。
土壤中的镉主要通过植物根部的吸收来进入植株，另外，植物的叶片吸收和表皮渗透也可以使镉进入植株[14]。在植株的根系中，土壤中固定形态的镉会被活化为交换态，镉离子首先进入“自由空间”，其由细胞间隙、细胞壁微孔、细胞壁到质膜之间的空隙等部分组成，跨膜进入胞质后[15]，通过质外体途径或共质体途径以主动吸收或被动吸收的形式进入根系，经过木质部的装载，随着植株的蒸腾作用流向地上部，转运后再分配到不同的组织器官中积累[16]。植株各部位镉的分布规律总体为根>茎>叶, 这是由于根部对镉具有固定作用和区隔作用，最终只有少部分镉能够通过木质部导管运输至地上部[17]。由此说明植物的根部可以作为镉在植物体内迁移的一道屏障,使地上部减少被镉毒害的作用[18]。
镉在水稻内的吸收转运积累也不外如此。通常，镉通过根系吸收进入水稻，土壤条件会影响镉的吸收。植物根系是阻碍镉进入的第一道屏障，根系不仅可以分泌有机化合物与镉结合成络合物和沉淀滞留在根系表面，同时也可能被细胞壁阻挡在外。镉进入细胞壁前会先在细胞壁表面聚集，再运输进入细胞壁，介质中镉浓度较低时镉主动运输进入细胞膜，浓度较高时通过转运蛋白和通道蛋白的被动运输进入细胞膜，镉还能形成络合物或螯合物利用YSL (Yellowstripe 1likeransporter)转运蛋白进入细胞膜[19]。植物体内镉的转移形态主要为水溶态和有机结合态，其运输途径主要为共质体途径（通过载体蛋白进入细胞后经胞间连丝进行运输）和质外体途径（通过细胞间隙、细胞壁、细胞壁及质膜间的空隙进行运输，不通过原生质体），镉在植物体内的运输以质外体途径为主。许多耐镉基因均通过调控蛋白的表达来控制镉的吸收、转运[20]。水稻各器官的镉含量通常为根系>茎>叶鞘>籽粒[21]，水稻根部分布总吸收量70%80%的镉，籽粒仅分布1%10%，但是最终会大量积累在糙米中，不同水稻品种糙米的镉含量差异通常为：早稻>中稻>晚稻；籼稻>粳稻；粘稻>糯稻。植物的不同亚细胞组分，镉积累含量也不同[20]，细胞器以及热变性蛋白是植物体中的重金属敏感组分，而植物体中的重金属生物脱毒组分是金属富集微粒和热稳定蛋白，镉高积累品种主要将镉富集在生物脱毒组分来降低其生物活性和毒性[8]。
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摘要3
关键词3
Abstract3
Key words3
引言3
1材料与方法5
1.1试验材料 5
1.2试验方法 5
1.2.1实验设计5
1.2.2黑麦草水稻轮作系统的种植5
1.2.3样品处理6
2结果与分析6
2.1一年生黑麦草水稻轮作下，黑麦草中镉的迁移特点6
2.2一年生黑麦草水稻轮作下，水稻中镉的迁移特点 7
2.3一年生黑麦草水稻轮作下，稻田土镉含量与有效态变化及其与土壤pH的关系9
3讨论10
致谢11
参考文献11
重金属污染土壤上黑麦草—水稻轮作系统中 镉的迁移积累的研究
引言
引言
镉(Cadmium，Cd)是毒性最强的重金属元素之一[1]，是一种低含量即可对植物造成有害影响的对植物有毒的非必需元素，同时镉又具有高迁移率，植物很容易吸收和积累，因此对人类健康也构成严重威胁[2]，环境中的镉通常会通过土壤—作物—食品—人体的食物链累积[3]。在中国，有三分之 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
二以上的人以大米为主食[4]，即使在世界上，也有一半左右的人以大米为主食。但是，大米是人体内镉的重要来源[5]，大米中的镉会对人类的健康造成严重损害，例如肾脏损害、骨质疏松症以及癌症。日本在1950年发现的Itaiitai病，就源于人们吃了废弃矿场中高浓度镉污染的稻田里种植的水稻[6]。由于环境镉污染日益严重以及镉对人体的危害，人们越来越重视食品特别是大米安全，GB1354―20095《大米》国家标准中规定我国大米镉含量≤0.2mg/kg[7]。从2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》中可以看到，我国土壤的环境状况总体不容乐观，在不同土地利用类型土壤中，耕地的点位超标率最高，为19.4％；在所有污染物中，镉污染的点位超标率最高，为7.0％[8]。还有资料表明, 目前我国受重金属污染的耕地面积已超过2000万公顷[9]；在1378个污灌区土壤点位中，超标点位占26.4％。而且在过去的三十年中，我国土壤中镉平均含量显著增加，尤其在沿海和西南地区增加量超过50%[10]。
水稻是一种对镉富集能力极强的作物，研究发现不同品种水稻间镉的积累量存在显著差异，可以维持低重金属镉积累量的品种被称为镉低积累品种或低镉表型，使植物可食用部分镉浓度低于食品卫生标准的品种则称之为镉排异型品种、污染安全品种或者安全亲本材料[8]。近年来，湖南省发布的应急性镉低积累水稻品种即是通过选育推广镉低积累品种以减少镉在稻米中富集的实例。低积累水稻的选育，可以降低土壤重金属向人类食物链转入的危害。此外，据中国农业部统计，中国每年产生近11.2亿万吨的水稻秸秆，水稻秸秆具有富含高纤维素、半纤维素含量的特点，是一种极待开发的生产纤维素乙醇的原料[11]。
一年生黑麦草是我国长江流域种植较为普遍的优质牧草，可与水稻、玉米等作物轮作。同时一年生黑麦草对镉有很强的抗性和富集能力，易于管理，可用于重金属污染农田的植物修复，是镉污染土地的候选材料[12]。此外，一年生黑麦草也是一种很有潜力的能源植物, 具有较高的能源转化效率。已有研究表明，黑麦草经过预处理同步糖化酵解后生物乙醇产率高达84.6%，可作为制备纤维素乙醇的重要原料[13]。
土壤中的镉主要通过植物根部的吸收来进入植株，另外，植物的叶片吸收和表皮渗透也可以使镉进入植株[14]。在植株的根系中，土壤中固定形态的镉会被活化为交换态，镉离子首先进入“自由空间”，其由细胞间隙、细胞壁微孔、细胞壁到质膜之间的空隙等部分组成，跨膜进入胞质后[15]，通过质外体途径或共质体途径以主动吸收或被动吸收的形式进入根系，经过木质部的装载，随着植株的蒸腾作用流向地上部，转运后再分配到不同的组织器官中积累[16]。植株各部位镉的分布规律总体为根>茎>叶, 这是由于根部对镉具有固定作用和区隔作用，最终只有少部分镉能够通过木质部导管运输至地上部[17]。由此说明植物的根部可以作为镉在植物体内迁移的一道屏障,使地上部减少被镉毒害的作用[18]。
镉在水稻内的吸收转运积累也不外如此。通常，镉通过根系吸收进入水稻，土壤条件会影响镉的吸收。植物根系是阻碍镉进入的第一道屏障，根系不仅可以分泌有机化合物与镉结合成络合物和沉淀滞留在根系表面，同时也可能被细胞壁阻挡在外。镉进入细胞壁前会先在细胞壁表面聚集，再运输进入细胞壁，介质中镉浓度较低时镉主动运输进入细胞膜，浓度较高时通过转运蛋白和通道蛋白的被动运输进入细胞膜，镉还能形成络合物或螯合物利用YSL (Yellowstripe 1likeransporter)转运蛋白进入细胞膜[19]。植物体内镉的转移形态主要为水溶态和有机结合态，其运输途径主要为共质体途径（通过载体蛋白进入细胞后经胞间连丝进行运输）和质外体途径（通过细胞间隙、细胞壁、细胞壁及质膜间的空隙进行运输，不通过原生质体），镉在植物体内的运输以质外体途径为主。许多耐镉基因均通过调控蛋白的表达来控制镉的吸收、转运[20]。水稻各器官的镉含量通常为根系>茎>叶鞘>籽粒[21]，水稻根部分布总吸收量70%80%的镉，籽粒仅分布1%10%，但是最终会大量积累在糙米中，不同水稻品种糙米的镉含量差异通常为：早稻>中稻>晚稻；籼稻>粳稻；粘稻>糯稻。植物的不同亚细胞组分，镉积累含量也不同[20]，细胞器以及热变性蛋白是植物体中的重金属敏感组分，而植物体中的重金属生物脱毒组分是金属富集微粒和热稳定蛋白，镉高积累品种主要将镉富集在生物脱毒组分来降低其生物活性和毒性[8]。
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