不同鋅效率水稻品種對(duì)石灰性土壤鋅的活化和生物有效性的影響及其機(jī)制的研究.pdf_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、水稻缺鋅是普遍的問(wèn)題,這與土壤中鋅的生物有效性有密切的關(guān)系。我國(guó)有40%的土壤缺鋅,主要發(fā)生于石灰性土壤。前期研究發(fā)現(xiàn)石灰性土壤中HCO<,3><'->是引發(fā)水稻缺鋅的重要因子,不同水稻品種對(duì)石灰性土壤缺鋅耐性與其對(duì)HCO<,3><'->的耐性大小相關(guān)。本研究以鋅高效水稻品種IR36和鋅敏感水稻品種IR26為材料,采用水培、根箱和室內(nèi)模擬的試驗(yàn)方法,運(yùn)用同位素示蹤技術(shù)、高效液相色譜分析技術(shù)、ICP-MS技術(shù)等,較系統(tǒng)地研究了不同鋅效率水

2、稻品種對(duì)石灰性土壤中鋅活化和生物有效性的影響及其機(jī)制。通過(guò)研究取得如下主要結(jié)果: 1、通過(guò)土培試驗(yàn)研究不同鋅效率水稻品種對(duì)石灰性土壤鋅的吸收和利用差異。石灰性土壤抑制了兩種水稻品種的生長(zhǎng)和鋅的吸收,但是IR36表現(xiàn)出一定的耐性。與紅壤對(duì)照相比,生長(zhǎng)在石灰性土壤上的兩種水稻品種株高分蘗都有所減少,但是以IR26更為嚴(yán)重。種植水稻兩個(gè)月后三種土壤中水溶態(tài)鋅以及DTPA提取態(tài)鋅都有不同程度的提高,而且IR36明顯高于IR26。在石灰性

3、紫色土中,與對(duì)照(不種植物)相比,在種植IR36一個(gè)月和兩個(gè)月后土壤DTPA提取態(tài)鋅含量分別增加了67.31%和32.24%,而IR26增加較小。在棕色石灰性土壤中,IR36分別增加了69.70%和92.23%,而IR26則只增加了3.03%和15.53%。鋅高效水稻品種對(duì)石灰性土壤pH的影響明顯高于鋅敏感水稻品種,這可能也是鋅高效水稻品種對(duì)石灰性耐性機(jī)制之一。 2、采用模擬試驗(yàn)研究了檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、琥珀酸和草酸對(duì)土壤中

4、鋅營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的活化能力。結(jié)果表明,有機(jī)酸對(duì)土壤中鋅的活化能力與降低土壤pH成正相關(guān)。在五種有機(jī)酸中以檸檬酸和蘋果酸對(duì)石灰性土壤中鋅的活化能力較高,蘋果酸濃度(100mM),檸檬酸(50mM)時(shí)對(duì)紅壤中鋅的活化達(dá)到最高,然而對(duì)于石灰性紫色土隨著蘋果酸、檸檬酸濃度的增加(0~200mM)對(duì)土壤中鋅的活化能力逐漸增加。對(duì)于棕色石灰性土,(0~200mM)范圍內(nèi)隨著蘋果酸濃度的增加,對(duì)土壤中鋅的活化能力逐漸增加,而檸檬酸濃度在100mM時(shí)土壤中鋅

5、的活化能力達(dá)到最高點(diǎn)。由此表明,根際土壤中有機(jī)酸的濃度和種類對(duì)石灰性土壤中鋅的活化以及植物的吸收有著很大的影響。 3、通過(guò)模擬試驗(yàn)研究鋅在石灰性土壤中吸附行為,以及pH(3.0、6.0、9.0)和低分子有機(jī)酸(檸檬酸/蘋果酸:30、60、90mM)分別對(duì)土壤吸附鋅解吸行為的影響。研究結(jié)果表明三種土壤對(duì)鋅的吸持能力表現(xiàn)為石灰性紫色土>棕色石灰性土壤>紅壤。降低石灰性土壤pH促進(jìn)了土壤中吸附鋅的解吸,提高了鋅的生物有效性。特別是在p

6、H 3.0時(shí)差異更加顯著。通過(guò)等溫方程模擬常數(shù)表明石灰性土壤相對(duì)紅壤對(duì)鋅具有較高的吸附力,解析能力較弱,從而降低了土壤中鋅的生物有效性,導(dǎo)致生長(zhǎng)在石灰性土壤上植物缺鋅。與紅壤相比較,有機(jī)酸顯著增加了兩種石灰性土鋅的解吸量和解析率,特別是當(dāng)檸檬酸濃度為30mM時(shí)以對(duì)石灰性紫色土的解吸影響最為顯著。這與土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量、CEC、CaCO<,3>%等有著一定關(guān)系,還需進(jìn)一步的研究探討。 4、采用同位素示蹤技術(shù)研究了HCO<,3><

7、'->對(duì)不同鋅效率水稻品種在高親和(低鋅水平0~160nM)和低親和(高鋅水平0~80gM)兩種濃度梯度條件下吸收動(dòng)力學(xué)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,兩種鋅效率水稻品種根系吸收動(dòng)力學(xué)參數(shù)Km值為6~18μM(低親和吸收系統(tǒng))和9~48nM(高親和吸收系統(tǒng));HCO<,3><'->加入后,兩種鋅效率水稻品種根系和地上部對(duì)<'65>Zn<'2+>的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)率提高1~5倍。在吸收試驗(yàn)的90分鐘內(nèi),隨著吸收液鋅濃度的增加,HCO<,3><'->促進(jìn)I

8、R36根系和地上部鋅含量成線性增加;IR26根系和地上部鋅含量的增加受到明顯抑制。HCO<,3><'->條件下兩種水稻品種的Vmax值顯著增加,IR36增加是IR26的2倍。由此表明,水稻中鋅的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)受到跨膜蛋白的調(diào)控,HCO<,3><'->處理顯著促進(jìn)了鋅高效水稻品種根系和地上部跨膜蛋白對(duì)鋅的親和力和轉(zhuǎn)運(yùn)率,從而增加了鋅高效水稻品種鋅吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),增加了對(duì)高濃度HCO<,3><'->的耐性。 5、采用水培試驗(yàn)研究了外源有機(jī)酸

9、對(duì)不同鋅效率水稻品種根系生長(zhǎng)和鋅吸收的影響。外源檸檬酸濃度水平為(0,10,30,60,120mM)。預(yù)處理為對(duì)照(Zn 1.0μM,pH6.0)和10mM HCO<,3><'->(zn 1.0μM,pH8.0)。研究結(jié)果表明,高濃度檸檬酸嚴(yán)重抑制了兩種鋅效率水稻品種根系的生長(zhǎng),IR36耐性高于IR26。處理四天后在檸檬酸濃度為10mM時(shí),兩種鋅效率水稻品種根系表現(xiàn)出一定的耐性, IR36高于IR26。但隨著檸檬酸濃度的增加,兩種不同鋅

10、效率水稻品種根系的生長(zhǎng)和鋅的吸收受到明顯抑制。根長(zhǎng)度、根表面積、根體積和根尖數(shù)等根系參數(shù)明顯減小。隨著檸檬酸濃度的增加,根系中有機(jī)酸(草酸、酒石酸和乙酸)含量逐漸減少;而葉片中有機(jī)酸(草酸、酒石酸、琥珀酸、蘋果酸、檸檬酸、乙酸)含量逐漸增加。與對(duì)照相比,HCO<,3><'->增加了兩種鋅效率水稻品種葉片中有機(jī)酸積累;增加了有機(jī)酸在IR26根系的積累,而IR36中減少。鋅高效水稻品種通過(guò)減少根系有機(jī)酸的積累而提高根系對(duì)高濃度有機(jī)酸和HCO

11、<,3><'->的耐性,但隨著有機(jī)酸濃度的增加根系的生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制,使植物生長(zhǎng)產(chǎn)生毒害現(xiàn)象。 6、采用水培試驗(yàn)比較了兩種不同鋅效率水稻品種在高濃度HCO<,3><'->和呼吸抑制劑條件下根系生長(zhǎng)的差異,探索HCO<,3><'->和呼吸抑制劑對(duì)根系生長(zhǎng)的影響與有機(jī)酸代謝的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果證明,HCO<,3><'->抑制了鋅敏感品種IR26根系和地上部干重、根長(zhǎng)、根系鋅含量、根系活力和根系細(xì)胞質(zhì)膜透性,從而抑制了根系的正常生長(zhǎng)。相反

12、地,HCO<,3><'->對(duì)鋅高效水稻品種IR36起到了促進(jìn)作用,增加了對(duì)高HCO<,3><'->的耐性。HCO<,3><'->顯著地促進(jìn)了鋅敏感水稻品種IR26體內(nèi)草酸、蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸、乙酸和乳酸的積累,但是降低了其在鋅高效水稻品種IR36體內(nèi)的積累。呼吸抑制劑(丙二酸MC)嚴(yán)重地抑制了兩種鋅效率水稻品種根系生長(zhǎng)、有機(jī)酸積累和鋅在植物體內(nèi)地吸收和運(yùn)輸。與呼吸抑制劑處理相比較,HCO<,3><'->+呼吸抑制劑處理減少了呼吸抑制

13、劑對(duì)植物生長(zhǎng)的抑制作用。鋅高效水稻品種IR36對(duì)呼吸抑制劑的耐性明顯高于鋅敏感水稻品種IR26。呼吸抑制劑對(duì)兩種鋅效率水稻品種根系生長(zhǎng)的抑制作用與HC03_對(duì)鋅敏感水稻品種的抑制作用相似。由此推斷,高濃度HCO<,3><'->+抑制鋅敏感水稻品種根系有機(jī)酸代謝,導(dǎo)致根系有機(jī)酸大量積累,從而抑制根系生長(zhǎng)和鋅的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)。 7、采用水培和模擬試驗(yàn)研究了不同HCO<,3><'->+處理?xiàng)l件下兩種鋅效率水稻品種根系分泌有機(jī)酸,及其對(duì)石灰性

14、土壤中重金屬的提取能力的影響。研究結(jié)果表明,缺鋅和HCO<,3><'->+促進(jìn)了IR36的根系生長(zhǎng)及其對(duì)鋅營(yíng)養(yǎng)的吸收;對(duì)IR26起到了抑制作用。兩種鋅效率水稻品種根系分泌物在組成間沒(méi)有差異(蘋果酸、草酸和酒石酸),但在含量上有顯著差異。與對(duì)照相比較,缺鋅和HCO<,3><'->+增加了IR36根系有機(jī)酸的分泌,而IR26受到抑制,以HCO<,3><'->+作用更加顯著。根系分泌有機(jī)酸降低土壤的pH,增加了石灰性土壤中鋅的有效性,是鋅高效

15、水稻品種對(duì)HCO<,3><'->+和石灰性土壤的適應(yīng)機(jī)制之一。 8.通過(guò)根箱試驗(yàn)研究不同鋅效率水稻品種以及外源有機(jī)酸對(duì)石灰性土壤鋅遷移和生物有效性的影響。外源檸檬酸濃度為0、0.1、1.0、10mM。試驗(yàn)結(jié)果表明,與紅壤相比,兩種石灰性土壤中有效性鋅含量相對(duì)較低,抑制了兩種鋅效率水稻品種的生長(zhǎng)(株高、根長(zhǎng)、干重和葉綠素含量)和對(duì)鋅的吸收,對(duì)IR26的抑制作用明顯高于IR36。比較植株不同部位鋅含量,結(jié)果表明根系鋅含量明顯高于葉鞘

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