New observation on the formation of PbS clusters in zeolite-Y

PbS clusters in zeolite-Y have been prepared with the reaction of Pb2+-ion-exchanged zeolite-Y with Na2S in solution at room temperature. Their absorption spectra show dramatic blue shifts from that of the bulk PbS. Obvious change of both the absorption edges and peak positions upon PbS concentrations have been observed. These phenomena provide evidences that PbS clusters have been formed within the zeolite. The absorption spectra show featureless structure and have no tails near the absorption edges. As the PbS loading density becomes higher, the absorption bands become stronger and sharpen. Order PbS clusters lattice with high quality might be formed in the supercages of zeolite-Y. (C) 1996 American Institute of Physics.

镉对花生品质影响及胁迫响应机制研究

近年来，我国花生重金属镉超标的现象屡见不鲜，致使花生在我国出口创汇的能力受到了严重影响。因此，本项研究选用北方两种花生－锦花5号和阜花13号为供试材料，采用室外盆栽方式，初步探讨了镉胁迫对花生品质的影响及花生对镉胁迫的响应机制，揭示了花生易富集镉和对镉高耐性的原因。 1．在外源高镉处理下，两品种花生的产量随镉处理浓度的增加而降低；籽实Cd含量均随土壤中Cd含量的增加而显著增加（p＜0.05），在土壤低Cd处理时，花生籽实更易富集Cd；花生受Cd胁迫后，籽实的亮氨酸含量受Cd的影响较为严重；氨基酸组成比例在较低镉处理剂量下未受到影响。 2．受Cd污染的花生籽实，种皮Cd含量较高；蛋白质是络合镉的主要营养部位，而脂肪中镉的含量甚微，研究处理范围内均低于食品中Cd的限量值0.2 mg•kg-1 ；因此供试花生籽实不能作为人体对植物蛋白的来源，但可以作为人体对食用油脂的来源。 3．花生籽实中存在植物螯合肽PC4，它在花生中镉的耐性方面发挥着重要的作用。尽管非蛋白巯基（NPT）、半胱氨酸（Cys）、PC4和脯氨酸（Pro）含量受作物品种和外源镉处理剂量的影响，但它们对籽实中重金属镉的络合发挥着作用。此外，脯氨酸（Pro）还可以作为花生受镉胁迫的生物指示物。

镉、铅污染土壤的植物-微生物联合修复研究

植物－微生物联合修复是利用微生物作为植物修复重金属土壤的一种强化手段，在弥补单纯植物及微生物修复技术不足的同时，利用植物和微生物的共存体系提高植物修复效率。本研究考察了向日葵（Helianthus annuus L.），芥菜（Brassica juncea L.），紫花苜蓿（Medicago sativa L.）和蓖麻（Ricinus communis L.）对Cd、Pb的富集特征，并筛选出向日葵作为富集植物；探讨了向日葵根系分泌物在重金属胁迫下的变化；通过重金属耐受菌株与向日葵的配伍对Cd、Pb污染土壤进行联合修复，结果如下： 液体培养实验结果表明，四种植物对Cd、Pb富集能力明显不同，其中向日葵对两种重金属的提取效果较好。四种植物对重金属的富集量随着浓度的增加而增加，而富集系数随重金属浓度的增加而减小，转移系数同重金属浓度及地上部/地下部生物量比值呈现一定的相关性；Cd、Pb复合处理中，一种重金属的存在会在不同程度上影响植物对另一种重金属的吸收；此外，不同植物及重金属处理中根际区域的酸碱度及氧化还原电位呈现负相关性。 砂培实验结果表明，向日葵对重金属的富集规律基本同液体培养实验相似。富集系数与重金属浓度和培养时间呈现线性相关关系。复合处理中，当Cd和Pb在适当浓度比例时，向日葵可以增加对某一重金属的吸收效率。向日葵的根系分泌物组成因重金属的存在而明显减少，根系分泌物中的草酸、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、乙酸及丁二酸含量随着不同浓度Cd、Pb而发生不规则变化。 在以根系分泌物作为唯一营养来源筛选重金属耐受菌株实验中，细菌和真菌对Cd及Pb的耐性及吸附效率不同。总体上看，微生物生物量随重金属浓度升高而降低，而重金属吸附量随浓度升高而增加，重金属复合毒性也减少了微生物对单一重金属的吸收；另外，培养基中酸碱度因微生物种类及重金属浓度而有所差异。 将筛选出的优势微生物与向日葵配伍处理Cd、Pb污染土壤的实验中，由于Cd、Pb污染模式及菌株种类的不同，微生物对向日葵吸收重金属的强化效果呈现很大差异，其中真菌对植物吸收重金属的强化能力较细菌强；同时，根系分泌物中6种有机酸的含量在不同处理中变化较大；在处理单一Cd或Pb污染的时候选用菌株B1、F1或混合菌B1+B2、F1+F2、B2+F1、B1+F2与向日葵配伍修复的效果较好；混合菌F1+F2、B1+F2、B2+F1的添加能较好的强化Cd、Pb复合污染中向日葵吸收重金属的能力。

镉、铅对东北典型地区不同品种大白菜胁迫效应研究

随着工农业的快速发展，土壤重金属污染问题日益严重，在我国东北，大面积的蔬菜种植地受到Cd、Pb的污染。大白菜在东北地区一直得到广泛种植，然而，Cd、Pb单一及复合污染对这一地区大白菜的胁迫效应仍然缺乏系统的研究。本研究以辽宁省普遍种植的四种大白菜（抗病金春KB、东洋春夏DY、青绿王QL、强势QS）为对象，用发芽实验、砂培实验和盆栽实验，研究了Cd、Pb单一及复合胁迫下大白菜的生理生化变化。 在发芽阶段，Cd、Pb单一及复合胁迫下，重金属浓度与根长、芽长和生物量抑制率间呈极显著线性相关，根伸长对Cd、Pb的毒害最敏感。KB对Cd毒害的抗性最强，DY对Pb单一和Cd、Pb复合胁迫的抗性最强，而QS对Cd、Pb单一及复合胁迫的抗性最弱。Cd、Pb复合胁迫时，对根伸长、芽伸长和生物量抑制的联合作用类型都为相加作用。 砂培实验中，在Cd、Pb浓度较低时，4种大白菜超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性及丙二醛（MDA）、可溶性蛋白（SP）、脯氨酸（PRO）含量都不同程度提高，但是随Cd、Pb浓度的提高，各生理过程受到抑制。KB和QS中PRO的含量约是DY和QL中的2-3倍，高PRO累积量很可能是Cd、Pb耐性大白菜品种所具有的特点。 盆栽实验中，在各生长时期，抗氧化酶活性、抗坏血酸（AsA）和还原型谷胱甘肽（GSH），及可溶性糖和SP的含量随Cd、Pb浓度的提高先升高后下降。硝态氮的含量基本随Cd、Pb浓度的提高而上升。在整个实验期间，KB和QS中MDA都保持较低的水平，KB对Cd、Pb的耐性主要是由于其体内PRO及AsA、GSH等抗氧化剂的累积；而GSH和可溶性糖对QS的Cd、Pb耐性起重要作用。QL和DY中MDA的含量要高于KB和QS，它们体内的抗氧化酶活性，及PRO、AsA和GSH含量在某个生长时期会达到较高的水平，但是与KB和QS相比，这些变化并不稳定，所以比KB和QS对Cd、Pb的耐性要弱。

镉暴露下鱼体磷脂的代谢组学研究及安全评价

食品安全一直是世界各国密切关注的社会问题，直接关系人民群众的身体健康和社会稳定。代谢组学已广泛应用于毒理学机制研究、药物安全性评价等领域。将代谢组学技术应用于食品安全评价领域是一项有益的探索研究。目前我国许多水域镉含量超标，导致鱼类等水产品对镉的蓄积，对人体膳食健康造成威胁。 本文以鲫鱼为受试动物，开展室内水箱养殖实验，设定50g•L-1、500g•L-1两个镉浓度水平，共养殖25天，其中暴露期20天和净化期5天。通过镉含量测定和鱼肉磷脂代谢组学分析得到以下结论： 1）以暴露浓度、暴露时间、鱼体组织部位为因素，发现了鲫鱼对水环境中镉的积累和分布规律； 2）针对鱼肉开展磷脂代谢组学分析，①定性分析，通过质谱图解析基本确认了鱼肉中主要的磷脂分子的脂肪酸组成。②定量分析，采用HPLC定量分析暴露0天（K组）、10天（B组）、20天（D组）共计30个鱼肉样本中的磷脂酰胆碱（PC）含量， 发现K组与B组、B组与D组之间有显著性差异（P＜0.05），K组与D组无显著性差异。表明暴露10天后PC含量普遍低于正常水平（暴露0天），暴露20天后PC含量基本恢复到正常水平。③模式识别分析，PLS-DA主成分分析可有效识别K、B、D三组样本。 3）分别从限量标准、膳食安全风险评估两个角度评价了鱼肉膳食安全风险。通过PC定量分析和主成分分析，发现鱼肉中PC总量可以作为指示鲫鱼受到镉暴露的生物标示物；通过磷脂代谢图谱与鱼肉镉含量PLS拟合模型分析有效表征和量化了鱼肉磷脂对镉暴露的代谢响应，探索性提出借助拟合模型，通过磷脂代谢图谱分析预测鱼肉样本的镉含量。 4）在食品安全风险评价方面，建议采用限量标准、膳食摄入量、代谢组学识别和模型预测分析等相结合的手段，对传统风险评估体系在继承的基础上加以科学性的扩充和完善。

海水主要无机阴离子对镉在针铁矿表面吸附影响研究

镉具有生物富集性和毒性，是地下水和海洋水体中重要的污染物之一，对人类健康构成了严重威胁。针铁矿是土壤、陆地和海洋底泥中一种常见矿物，矿物对镉的吸附能力强弱是影响镉在环境中迁移转化的重要因素，因此开展在不同介质下镉在针铁矿表面吸附机理研究，具有重要的环境意义。 本研究通过实验室序批式吸附试验，溶解度测定试验，X射线衍射分析和表面络合模型，考察在海水中主要共存阴离子在其自然浓度条件下，镉在针铁矿表面吸附机理：如表面沉淀，沉淀，表面三重络合或共沉淀等。 试验研究结果表明：随pH值升高，针铁矿对Cd的吸附量显著增加；Cl-、SO42-和NO3-在pH=8时抑制针铁矿对镉的吸附；影响程度为Cl- > SO42- > NO3-；Cl-和SO42-在低pH值条件下促进镉的吸附；HCO3-在pH 4~10范围内促进镉吸附；pH=8时，对于SO42和NO3-，其与镉加入顺序的不同对吸附结果具有显著影响，先加入镉时，镉的吸附量明显大于先加入阴离子和镉与阴离子同时加入时镉的吸附量。 在pH5-9范围内，镉的溶解度随pH增加急剧下降，在pH=8时，溶液中溶解镉浓度大于吸附实验中镉初始浓度，表明吸附实验中，镉没有到达产生Cd(OH)2(s)沉淀的最低镉浓度，可能产生Cd(OH)2表面沉淀。Cl-、SO42-和NO3-对镉的溶解均有一定促进作用，其影响程度Cl- > SO42- > NO3-，与吸附试验中对镉吸附影响顺序一致。 对负载镉的针铁矿进行X射线衍射试验，结果显示：没有发现β-Cd(OH)2(s)、γ-Cd(OH)2(s)等晶体存在，发现了CdCO3(s)晶体，但不能排除有无定型Cd(OH)2(s)形式存在。由于试验过程中有CO2进入，与镉形成CdCO3(s)沉淀或形成表面沉淀，影响实验结果，揭示了在自然条件下，镉与CO2作用在针铁矿表面形成CdCO3(s)过程。

土壤镉污染的遗传及生态毒性研究

针对蚕豆根尖微核试验方法现存的问题并结合土壤自身的特性，进行了蚕豆微核试验方法改进的试验研究。在此基础上，本文选择蚕豆幼苗次生根根尖为供试材料，以细胞有丝分裂指数（MI）、染色体畸变率（CAF）和微核率（MNF）为试验指标，开展了我国典型土壤（红壤、棕壤和黑土）中低剂量（0~10 mg•kg-1）镉污染遗传毒性剂量-效应关系研究。研究针对蚕豆根尖微核遗传毒性评价指标“污染指数”的缺陷，首次提出“毒性指数”。“毒性指数”将有丝分裂指数、染色体畸变率和微核率指标所得数据结合，评价土壤镉遗传毒性水平。与此同时，研究选择蚕豆幼苗叶片为供试材料，进行了以抗氧化酶活性（SOD、POD和CAT）和植物激素含量（ABA、GA3和Z&ZR）为指标的镉污染胁迫生态毒理试验研究，并比较了上述三类指标对土壤镉污染的毒性响应及敏感性。 蚕豆根尖微核方法改进试验结果表明，在三种备选试验材料中，蚕豆初生根、次生根根尖细胞和芽尖细胞均对镉胁迫响应显著。与芽尖细胞相比，根尖细胞MI、CAF和MNF之间具有较好的相关性；而次生根尖细胞比与初生根尖细胞对镉响应更敏感，遗传毒性效应显著相关。在上述方法学研究基础上，将蚕豆幼苗次生根根尖微核试验应用到典型土壤镉污染的研究中，结果表明，同一剂量下，红壤中镉的遗传毒性效应最强，棕壤次之，黑土最不显著。土壤pH值与有机质含量对镉的遗传毒性影响较大。 抗氧化防御酶活性试验结果表明，POD和SOD在0~10 mg•kg-1镉浓度范围内先升高后降低，对镉毒性的指示效果最明显；CAT反应与SOD、POD相反，其作用机理有待进一步探讨。植物激素试验结果表明，ABA和Z&ZR对镉胁迫响应敏感，其含量与镉浓度存在良好的剂量-效应关系；GA3随着镉浓度的增加表现出无规律性，表明它对污染物的响应具有选择性。 试验数据显示，不同指标对镉胁迫均具有响应，但响应的域值及敏感度不同。比较而言，蚕豆根尖微核遗传毒性指标指示效应更明显。将各指标联合使用可使土壤镉污染的遗传和生态毒性诊断更为全面、有效。本研究为土壤镉污染早期诊断敏感指标筛选及指标组合提供了实验依据，为土壤重金属污染早期诊断奠定试验和理论基础。

Cd、Cu污染胁迫对拟南芥幼苗错配修复相关基因表达的影响

土壤重金属污染问题已成为影响我国持续农业和生态环境质量的重要因素，引起了人们的广泛关注。由于传统污染诊断方法的缺点，急需建立土壤污染生态毒理学诊断方法，生物标记物技术则是其中的研究热点之一。本文采用营养液培养的方法，以模式植物拟南芥为试材，采用半定量反转录聚合酶链式反应（RT-PCR）技术，结合传统分析方法研究了Cd、Cu在不同胁迫水平下对拟南芥幼苗的形态、生理及分子水平的毒性效应，并在此基础上，比较和分析不同测试指标对Cd、Cu胁迫响应的敏感性，进而筛选对Cd、Cu胁迫响应敏感的生物标记物。主要结果如下： 1 不同浓度Cd和Cu污染胁迫下，拟南芥幼苗生长均受到不同程度的影响 幼苗初生根伸长均受到明显抑制，而地上部叶片数、地上部鲜重却没有显著的变化。重金属首先作用于植物的根系，根系的生长对胁迫响应的敏感性高于地上部。 2 幼苗地上部的可溶性蛋白含量受到不同程度干扰，而在不同浓度的Cd、 Cu处理下，叶绿素含量变化不明显，表明幼苗地上部可溶性蛋白质含量对胁迫的敏感性高于叶绿素含量的变化。 3 幼苗地上部错配修复（MMR）和增殖细胞核抗原（PCNA）基因都明显 地出现了表达诱导或表达抑制，表明MMR和PCNA基因表达的变化对Cd、Cu胁迫表现出较高的敏感性。 4 幼苗地上部的可溶性蛋白质含量及幼苗地上部MMR和PCNA基因表达 均对Cd和Cu污染胁迫具有较高的敏感性，两者均可用于指示Cd和Cu污染的敏感生物标记物。基因表达变化图谱虽然对污染胁迫响应比较敏感，是一种污染胁迫响应敏感的生物标记物，但其在生态毒理诊断中的应用还需进一步的实验对其予以证明。

缺铁条件下植物对土壤镉的吸收及胁迫响应机制的研究

本文通过水培试验，盆栽试验研究缺铁条件下对重金属Cd的吸收与积累，供试植物为龙葵、番茄、玉米和小麦，主要考察了缺铁条件下不同Cd浓度处理下，不同植物对重金属Cd的吸收影响，根际环境的变化，根系分泌物的变化，以及植物铁载体分泌率的变化，同时研究了植物在铁缺乏条件下对重金属Cd的抗性机制和胁迫响应机理，得出以下主要结论： 液体培养条件下，营养液进行加铁和缺铁处理，不同Cd浓度处理中，缺铁处理植物的生物量低于相应的加铁处理，富集的Cd高于相应的加铁处理，缺铁处理转移系数与富集系数高于加铁处理。缺铁处理溶液酸碱度低于加铁处理，氧化还原电位高于加铁处理。缺铁处理促进了Cd的吸收和积累，主要是由于缺铁条件下对根系环境产生的变化，有助于植物对Cd的吸收。 液体培养条件下，营养液进行加铁和缺铁处理，不同Cd浓度处理中，基本上缺铁处理植物的根系分泌物中四种有机酸的含量显著高于相应的加铁处理。无论是加铁还是缺铁处理，四种有机酸的分泌量：酒石酸>苹果酸>柠檬酸>乙酸。通过相关分析，加铁处理龙葵与番茄根系分泌物中酒石酸含量与镉含量呈极显著正相关，而缺铁处理的呈极显著负相关，表明番茄与龙葵根系分泌物中酒石酸可以指示缺铁处理对Cd的积累。加铁处理与缺铁处理龙葵与番茄的柠檬酸与Cd积累无相关性。加铁处理与缺铁处理玉米苹果酸与Cd积累无相关性，其他有机酸与之呈现正相关，加铁处理与缺铁处理小麦与四种有机酸均呈现正相关。 液体培养条件下，营养液进行加铁和缺铁处理，不同Cd浓度处理中，缺铁处理植物的叶绿素、可溶性糖含量、SOD、POD和CAT活性低于相应的加铁处理，电导率、可溶性蛋白、脯氨酸和MDA含量高于相应的加铁处理。重金属Cd和缺铁处理导致植物膜脂过氧化作用，主要体现在MDA和细胞质膜膜透性升高，导致植株生物量降低，叶绿素含量降低，导致可溶性糖含量下降。脯氨酸和可溶性蛋白含量的升高是降低和缓冲植物重金属逆境胁迫产生的伤害，抗氧化酶系统的不同变化对缺铁和Cd胁迫所产生的伤害进行修复。 盆栽实验表明，缺铁处理的生物量低于相应的加铁处理，富集的Cd高于相应的加铁处理，转移系数与富集系数高于加铁处理。缺铁处理铁的地上部和根部含量显著低于相应的加铁处理。玉米与小麦加铁与缺铁的植物铁载体的分泌率随着Cd浓度升高呈现降低的趋势，并且缺铁处理植物铁载体的分泌率高于加铁处理。

沉积物重要矿物成份及腐植酸结合的镉对文蛤的生物有效性研究

沉积物中Cd的赋存形态对其生物有效性的影响十分显著。在水生环境中，Cd究竟结合于沉积物中的何种组分在很大程度上决定了它能否被生物所吸收。本文利用颗粒物悬浮系统研究了沉积物中Cd的赋存形态对其在文蛤体内富集速率的影响。 对沉积物中三种典型矿物上附着的Cd（氢氧化铁结合态，氢氧化铝结合态，二氧化锰结合态）的生物有效性进行了比较，结果表明，在Cd浓度为70 mg/kg时，22 d富集实验中氢氧化铁结合态和氢氧化铝结合态Cd在文蛤体内均没有明显的积累，而二氧化锰结合态Cd在文蛤体内有明显的富集，其富集速率为0.0094±0.0010 μg /g d (r2 = 0.8539, p<0.0001)。在Cd浓度为140mg/kg时，氢氧化铁结合态Cd仍然无法被文蛤吸收，氢氧化铝和二氧化锰结合态Cd则可以被文蛤富集，其富集速率分别为0.0166±0.0017 μg/gd和0.0248±0.0017 μg/gd。不同赋存形态Cd的生物有效性表现为：Cd-MnO2> Cd-Al(OH)3> Cd-Fe(OH)3。对于不同赋存形态的Cd，吸收效率（AE）和摄食率（IR）的差异导致了其生物有效性的不同。 本文进一步考察了作为沉积物中Cd生物有效性的两种主要控制组分——氢氧化铁和颗粒态腐殖酸上赋存的Cd在文蛤体内的富集规律。实验结果表明，氢氧化铁（Fe(OH)3）和腐殖酸（HA）上附着的Cd在文蛤体内的富集规律存在显著差异。在实验设置的低Cd浓度组中（如70mg/kg和140 mg/kg），Cd-HA的生物有效性高于Cd-Fe(OH)3，而在高镉浓度组中（280 mg/kg），Cd-Fe(OH)3更易于在文蛤体内富集。生物对于污染物的响应（如及时的调整摄食消化策略）对于污染物在生物体内的富集影响十分显著，而这种“生物响应”在一定程度上可能在生物体内污染物浓度达到一定阈值后才会被引发。实验进一步表明Cd在腐殖酸不同组分之间的分配对其在文蛤体内的积累规律具有显著影响。相比于溶解态的腐殖酸-Cd污染物，文蛤对颗粒态腐殖酸上结合的Cd的富集具有更强的控制作用。 与无机颗粒物相比，双壳类生物对有机颗粒物的消化更为剧烈，通常认为有机物质上结合的污染物生物有效性较高。然而，本实验结果显示，当体内污染物浓度达到一定水平时，双壳类生物可以通过调节颗粒物在体内的消化过程控制重金属在生物体内的富集。在长期暴露过程中，结合与无机颗粒物上的污染物可能更容易在生物体内富集到比较高的水平