Cd在土壤-青菜-菜青虫食物链中的化学形态和积累传递规律研究

陆地生态系统对人类的健康和安全至关重要，但目前对重金属在陆地生态系统食物链不同营养级位生物中的化学形态和积累传递规律研究甚少。本研究以土壤-青菜-菜青虫为例，通过采集Cd污染农田土壤，种植具有不同Cd积累特征的青菜品种，构建一个由土壤-植物-动物构成的简单陆地生态系统食物链。通过同步辐射技术分析Cd在生物体内的分布特征，运用化学分级提取法和差速离心法分别对土壤及生物体内Cd的化学形态和Cd在生物体内亚细胞组分进行分析，研究Cd在不同营养级位生物体中的化学形态及其在各个营养级位的积累和传递。同时通过Cd同位素标记和动力学研究方法来分析和测定菜青虫对Cd的同化速率和排出速率等，结合菜青虫对Cd的消化行为，探讨不同形态Cd在菜青虫体内的积累动态过程。通过本项目的研究，将有助于从生态系统的角度提高人们对重金属污染的生态风险的认识，同时也拓展和深化重金属污染生态学的研究内容。

重金属可沿食物链不同营养级位传递和积累，对人类健康和整个生态系统安全产生威胁，但目前对重金属在不同营养级位生物之间的积累和传递规律并不清楚。.本项目通过在不同污染程度的Cd污染土壤上种植对Cd有不同积累特征的生菜品种，利用生菜来喂养蜗牛，构建一个土壤-生菜-蜗牛的陆地生态系统食物链，研究不同形态Cd在生菜、蜗牛体内的积累及在食物链中的传递规律。研究结果表明汉堡麦多香（L. crispa）相较于意大利耐抽薹（L. longifolia）可以富集更多的Cd，叶片中浓度最高可达到33 mg kg-1 DW；进入到生菜体内的Cd主要以果胶酸脂和蛋白结合态（解毒点位）以及水溶态（敏感点位）存在，达到总Cd的76.2%以上；叶片中Cd的亚细胞组分研究表明，L. longifolia中Organelles-Cd（细胞器中的Cd）的百分比是L. crispa的两倍，而MRG-Cd（富金属矿体中的Cd）百分比仅为L. crispa的61.4%；基于生物学的亚细胞分布和基于化学的化合态分布方法均可以单独解释两种生菜的毒性差异，且两种方法间存在着显著的线性相关关系（p < 0.01）；利用上述两种生菜饲喂蜗牛4周，进入蜗牛体内的Cd主要分布于内脏中，其次为足，最后是壳，且饲喂L. crispa的蜗牛可以积累更多的Cd；对蜗牛体内各部分Cd浓度与所食用生菜Cd浓度之间关系研究表明，生菜中Cd含量同食用L. longifolia的蜗牛足、内脏中Cd含量和食用L. crispa的蜗牛内脏和壳中Cd含量有显著的相关关系（p < 0.05）；蜗牛对Cd的排出和同化研究表明，当蜗牛食用低浓度生菜时，粘液是体内Cd的主要的排出方式，而当生菜中Cd浓度增高时，粪便代替粘液取代了的部分排出作用；从同化速率来看，低浓度处理的Cd同化率均显著高于高浓度处理，Cd同化率为内脏部分>足部分>壳部分。同时饲喂L. longifolia的蜗牛各部分Cd同化率均大于饲喂L. crispa的蜗牛，这可能是由于两种生菜的Cd化合态和亚细胞分布不同。.通过本项目的研究，基本阐明了不同形态Cd在土壤-生菜-蜗牛食物链各营养级中的积累和传递规律，并探讨了蜗牛对重金属的吸收和积累动力学。在研究期间，共发表5篇SCI论文，另有2篇论文在整理中；协助培养研究生2名，其中一名已毕业。