不同品種及農藝措施對水稻砷吸收、化學形態(tài)及毒性的影響.pdf

1、無機砷是公認的致癌物質，稻米是人體無機砷攝入的最主要的食物性來源。水稻籽粒砷的主要形態(tài)是無機三價砷(As(Ⅲ))與二甲基砷(DMA)，無機砷的毒性遠大于有機砷。水稻本身不具有將砷甲基化的能力，因此，籽粒的甲基砷主要來源于土壤。厭氧環(huán)境下，As(Ⅲ)是土壤溶液中主要的砷形態(tài)，稻田持續(xù)淹水加速厭氧環(huán)境的產生，增加As(Ⅲ)的移動性和生物有效性，同時增加砷的微生物甲基化進程，促進水稻對甲基砷的吸收。與無機砷相比，有機砷能更有效地轉運到水稻地上

2、部分并在籽粒中累積。影響水稻砷吸收和轉運的環(huán)境因子多種多樣。然而，不同水稻品種對不同形態(tài)砷的吸收、轉運與累積的差異如何;不同形態(tài)砷對各水稻品種產生的毒害是否存在差異，不同水稻品種對不同形態(tài)砷的耐性如何;不同環(huán)境條件對水稻籽粒總砷濃度的累積及砷形態(tài)分布的影響如何，這些問題尚缺乏深入系統(tǒng)地研究。為了解決以上疑問，本論文進行了以下幾方面的研究。
　　具體的研究工作可分為以下三個方面:(1)研究八種水稻品種對As(Ⅲ)和DMA的吸收、轉運

3、及累積的差異;(2)研究As(Ⅲ)和DMA對八種水稻品種的毒性及各水稻品種對砷的耐性;(3)研究影響水稻總砷濃度及籽粒砷形態(tài)分布的環(huán)境因子。取得的結果如下:
　　1)設計盆栽土培試驗，研究來自不同地區(qū)的八種直穗病敏感度不同的水稻品種對As(Ⅲ)、DMA的吸收、轉運及累積的差異。結果表明，與不加砷的對照組相比，添加As(Ⅲ)、DMA能不同程度地影響各水稻品種稻草、籽粒的總砷濃度，顯著影響籽粒砷的形態(tài)分布，增加籽粒有機砷的濃度及所占比

4、例。經As(Ⅲ)處理后，籽粒有機砷及有機砷占總砷的比例隨總砷濃度的增加而增加;經DMA處理后，籽粒有機砷濃度及占總砷的比例隨總砷濃度的增加而增加，無機砷濃度無明顯變化。八種水稻品種籽?？偵?、無機砷和有機砷的累積與水稻直穗病敏感度無相關關系，說明水稻籽粒As(Ⅲ)、DMA的累積與水稻直穗病的產生無關，說明水稻籽粒對DMA的累積不是產生直穗病的原因。
　　2)設計水培砷濃度梯度試驗，研究不同的水稻品種受As(Ⅲ)、DMA的毒害及其對砷

5、的耐性。結果表明:對As(Ⅲ)毒性的敏感性與直穗病敏感度密切相關，直穗病敏感度越高的水稻品種，受As(Ⅲ)毒害的癥狀越明顯。而對DMA毒性敏感性與直穗病敏感度無顯著關系。水稻對As(Ⅲ)的耐性與水稻自身對As(Ⅲ)的解毒有關，隨處理濃度的增加，耐性較強的水稻品種產生的非蛋白巰基(NPT)越多，通過NPT與As(Ⅲ)絡合，達到解毒的效果。而水稻對DMA的耐性與水稻對DMA的轉運、累積有關，根系向葉片轉運DMA的效率越高，葉片DMA的累積濃

6、度越高，葉片受DMA毒害越嚴重。
　　3)進一步從八種水稻品種中選出籽粒砷積累差異較大的兩種品種(Priscilla和Mars)進行水培和土培試驗，研究兩種水稻品種對As(Ⅲ)、DMA的吸收、轉運及累積的差異。結果表明兩種水稻品種根系對砷的吸收無顯著差異，Priscilla葉片對As(Ⅲ)、DMA的吸收顯著高于Mars，Priscilla葉片向上轉運As(Ⅲ)與Mars無顯著差異，Priscilla葉片向上轉運的DMA顯著高于Ma

7、rs。As(Ⅲ)動態(tài)累積試驗表明兩種水稻品種籽粒砷濃度的差異體現(xiàn)在水稻成熟期。盆栽試驗表明As(Ⅲ)、DMA能顯著增加Priscilla籽?？偵榈臐舛龋绕涫亲蚜Ｓ袡C砷濃度，而Mars籽粒砷濃度顯著低于Priscilla。
　　有機肥施用是一項重要的農藝措施，模擬田間有機肥的用量，以上述已知砷吸收、轉運及累積存在差異的兩種水稻品種（Priscilla和Mars）為研究對象，設計土培盆栽試驗研究As(Ⅲ)、有機肥單獨添加及兩者混合添

8、加對這兩種水稻品種的稻草、籽粒砷的累積及籽粒砷形態(tài)分布的影響。結果表明:As(Ⅲ)、有機肥添加及兩種混合添加能顯著影響水稻稻草、籽粒砷的濃度、籽粒砷的形態(tài)以及土壤甲基化基因arsM的拷貝數(shù)。As(Ⅲ)、有機肥添加能顯著增加Mars稻草砷的濃度，對其籽粒砷濃度的影響較小;三種處理都能顯著增加Priscilla籽粒砷的濃度，對其稻草砷濃度的影響較小;三種處理還能顯著地增加兩種水稻籽粒有機砷的濃度及所占比例。As(Ⅲ)與有機肥混合添加顯著增加

9、了土壤甲基化基因（arsM）的拷貝數(shù)。
　　4)進一步研究了田間條件下不同農藝措施對水稻籽粒砷的累積及形態(tài)變化的影響。通過對四季水稻的研究結果表明:水分管理和稻草還田對水稻籽粒砷的累積和形態(tài)分布有較大的影響。與間歇灌溉相比，持續(xù)淹水能導致籽粒砷濃度增加，尤其是有機砷濃度的增加。說明間歇灌溉是減少籽粒砷濃度行之有效的方法。而氮肥，生物碳和有機肥的添加對籽粒砷濃度的影響很小。水分管理和稻草還田對水稻有機砷的影響大于對無機砷的影響，持續(xù)

10、淹水能顯著增加籽粒有機砷濃度。持續(xù)淹水和稻草還田能促進土壤厭氧環(huán)境的形成，顯著增加土壤arsM的拷貝數(shù)，增加土壤微生物的甲基化進程，加快水稻對甲基砷的吸收。土壤arsM的拷貝數(shù)與籽粒有機砷濃度存在顯著的非線性正相關關系。
　　總之，不同水稻品種對不同形態(tài)砷的吸收、轉運及累積存在差異;土壤中砷的微生物甲基化決定籽粒砷的形態(tài)分布，水稻直穗病敏感度與As(Ⅲ)毒性密切相關，而與DMA毒性無關;農田持續(xù)淹水和稻草還田能顯著影響籽粒砷的累積