基于薄膜扩散梯度（DGT）技术研究植物络合素（PCs）对土壤镉污染的生物标记作用

植物络合素（PCs）作为一类重要的分子生物标记物，对溶液镉（Cd）暴露和毒性效应的早期预警价值已被接受；然而，对于土壤Cd污染是否具有相应功能，则缺乏必要的认识；薄膜扩散梯度（DGT）技术可准确获取土壤Cd的生物有效性，为该功能的识别提供了重要的技术支撑。本项目基于DGT技术，以我国典型Cd污染区土壤为研究对象，在分析污染现场土壤Cd的生物有效性及其与小麦体内PCs合成相关性的基础上，利用盆栽试验考察小麦体内PCs合成对不同土壤Cd污染的响应，建立土壤Cd生物有效性与PCs合成的定量响应关系，阐明PCs的生物标记作用；通过土壤Cd生物有效性－植物积累－PCs响应过程的分析，揭示PCs对土壤Cd污染的基本响应机制。本项目的实施将为土壤Cd污染的早期诊断提供科学依据。

以Cd为研究对象，通过溶液实验验证了自行配置的以Chelex为结合相的DGT技术满足DGT理论——扩散Fick第一定律，可用于重金属的测试；以小麦和玉米两种典型的农作物为金属吸收材料，利用室内盆栽实验比较研究了新型的薄膜扩散梯度（DGT）技术与多种传统提取法评价土壤单镉（Cd）或锌（Zn）污染的生物有效性，发现与传统的化学提取法相比，DGT技术测定的有效态浓度（CDGT）和土壤溶液法可较好地指示土壤Cd/Zn的生物有效性；研究了土壤Cd-Zn复合污染下Cd的生物有效性，发现DGT技术与土壤溶液法用于评价Cd-Zn复合污染土壤Cd的生物有效性好于传统的化学提取法；研究了土壤Cd-Pb复合污染下Cd的生物有效性，发现DGT技术、土壤溶液法和CaCl2提取法均可用于预测土壤Cd-Pb复合污染土壤Cd的生物有效性；研究了有机配体猪粪添加下土壤Cd的生物有效性，发现土壤中添加猪粪降低Cd的生物有效性和植物对Cd的吸收积累，且DGT技术和土壤溶液法可较好地用于预测土壤Cd的生物有效性；野外Cd污染土壤进一步测试发现DGT技术评价Cd的生物有效性优于传统的化学方法；在单Cd污染土壤、Cd-Zn和Cd-Pb复合污染土壤以及单镉污染有机配体添加土壤中均发现植物（小麦和玉米）根系内植物络合素（PCs）的诱导量与DGT-土壤有效态Cd含量/植物体内Cd含量呈现显著的正相关关系，揭示植物体内PCs的诱导合成与土壤中生物有效态Cd含量和植物Cd吸收量有关。