1，2，4-三氯苯和萘對水稻生長和產(chǎn)量的影響及其機理研究.pdf

1、有機污染物可通過污水灌溉、城市污泥農(nóng)用以及污染大氣的沉降等途徑進入農(nóng)田土壤，因而，有機污染物已成為影響作物(尤其是水稻)生長發(fā)育、產(chǎn)量形成及其品質(zhì)的重要化學污染物。本研究以1,2,4-三氯苯(TCB)和萘(NAP)為人工染毒有機化學品，研究了二者對汕優(yōu)63(三系雜交秈稻)和武運粳7號(常規(guī)粳稻)生長和產(chǎn)量的影響以及水稻的應答機制，并探討了在污染條件下提高水稻產(chǎn)量的農(nóng)藝途徑。 1TCB和NAP對水稻生長的影響TCB和NAP對水稻種

2、子發(fā)芽率影響較小，而對幼苗株高、根長，根數(shù)及干物質(zhì)積累有顯著的影響，其中根系的伸長生長對污染物最為敏感。TCB對以上生長指標的抑制程度明顯高于NAP，表明TCB的植物毒性更高。低濃度的有機污染物促進武運粳7號根數(shù)增加。低濃度的TCB和NAP對水稻根系活力影響較小，但高濃度的污染物則顯著抑制根系活力。抽穗期傷流量隨TCB和NAP處理濃度增加而顯著降低。根尖顯微結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果表明，TCB和NAP對水稻幼苗根系造成的加粗生長主要是由于細胞體積的

3、增加，而細胞數(shù)目無明顯變化，細胞形狀變得不規(guī)則。細胞壁加厚可能是造成根生長受抑制的主要原因。研究結(jié)果暗示，灌溉水中微量的TCB和NAP均會明顯影響水稻幼苗的生長。根系伸長抑制可作為判斷有機污染物植物傷害程度的形態(tài)學敏感指標，而傷流量可作為診斷成苗期水稻傷害程度的生理指標。 2TCB和NAP對水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的影響TCB明顯降低兩水稻品種移栽成活率，這是導致產(chǎn)量明顯降低的主要原因。NAP對水稻移栽成活率影響較小。兩有機污染物都引起水

4、稻抽穗期的延遲，這是影響產(chǎn)量的另一個原因。在產(chǎn)量構(gòu)成因子中，TCB和NAP對每盆穗數(shù)和結(jié)實率的影響最為明顯。TCB對產(chǎn)量的影響明顯較NAP嚴重，這是其明顯抑制生長的結(jié)果。兩有機污染物均影響稻米品質(zhì)，其中對稻米堊白度的影響最明顯；其次是精米率，整精米率，蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量：兩有機污染物對出糙率幾乎無影響。TCB和NAP在水稻籽粒中都均有殘留，籽粒中NAP的含量較高，約為TCB的10倍，表明NAP的生物可利用性要比TCB高。汕優(yōu)63籽

5、粒中積累兩種有機物的量明顯高于武運粳7號。上述結(jié)果表明，在污水灌溉實踐中要注意控制秧苗移栽期灌溉水的水質(zhì)，嚴格控制灌溉水中TCB尤其是NAP的含量，選用合適品種，以保證產(chǎn)量和糧食安全。 3TCB和NAP對水稻光合作用的影響葉綠素含量、Rubiscos酶活性、凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Cs)、細胞間隙CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)、原初光能轉(zhuǎn)換效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)、光合電子傳遞量子效率(ФPS

6、Ⅱ)、光化學猝滅系數(shù)(qP)、非光化學猝滅系數(shù)(qN)等光合參數(shù)均受兩有機污染物的抑制。而且TCB對以上指標的影響明顯大于NAP，汕優(yōu)63的敏感性要高于武運粳7號。在各葉綠素熒光動力學參數(shù)中，F(xiàn)v/Fo和qN對有機污染脅迫最為敏感。因此，可將葉綠素熒光參數(shù)Fv/Fo、qN可作為成苗后水稻毒害的敏感診斷指標。 4TCB和NAP對水稻呼吸作用的影響幼苗期和抽穗期根系呼吸速率隨TCB和NAP處理濃度升高而明顯降低，且TCB較NAP嚴重

7、。種子淀粉酶同工酶表達變化不明顯。葉片和根系蘋果酸脫氫酶(MDH)同工酶變化也很小。細胞色素氧化酶(COD)活性及其同工酶表達明顯受TCB和NAP的抑制，推測在TCB和NAP脅迫條件下，呼吸速率的降低主要是由于COD同工酶表達受到抑制所致。5TCB和NAP對水稻DNA和蛋白質(zhì)的影響TCB和NAP引起葉片和根系中DNA含量的下降，且葉片中DNA下降較葉片緩慢。期外DNA合成結(jié)果證明，有機污染物明顯造成了根系DNA的損傷，而葉片DNA在短期

8、內(nèi)(3d)未受到有機污染物的明顯傷害，隨脅迫時間延長也會導致葉片DNA損傷。這種DNA的損傷也在蛋白質(zhì)表達水平上反應了出來。水稻全蛋白電泳分析結(jié)果表明，污染物可明改變蛋白質(zhì)的表達譜。水培條件下，20mg·kg-1TCB脅迫導致葉片表達的蛋白量為對照的74％，而40mg·kg-1TCB則僅為對照的61％；根系中蛋白表達分別是對照的54％和16％。NAP對葉片和根系蛋白表達的影響較TCB輕。結(jié)果還顯示，有機污染物在明顯抑制敏感蛋白質(zhì)表達的同

9、時，也誘導表達新的蛋白質(zhì)或增加某些蛋白質(zhì)的表達量，如20mg·kg-1TCB誘導根系蛋白質(zhì)A、F的表達，20mg·kg-1NAP誘導葉片中蛋白質(zhì)C的表達。這些新的蛋白質(zhì)的表達或蛋白質(zhì)表達的上調(diào)可能與水稻的污染抗性相關。 6酶保護系統(tǒng)和信號轉(zhuǎn)導對TCB和NAP脅迫的應答TCB和NAP脅迫導致水稻葉片和根系中丙二醛(MDA)含量增加，表明兩有機污染物導致水稻體內(nèi)過氧化脅迫。超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(

10、CAT)三種抗氧化酶均隨TCB和NAP處理濃度的增加而呈先誘導后抑制的變化趨勢，其中POD表現(xiàn)出較強的耐有機污染物的能力，SOD次之，CAT對有機污染物最為敏感。因而，可將POD作為有機污染物抗性育種的篩選指標，而CAT可作為有機污染土壤植物毒害的敏感指標。在有機污染脅迫下，根系對鈣(Ca)的吸收受到促進，它可能與H2O2共同完成逆境信號的傳遞、轉(zhuǎn)導，實現(xiàn)植物體對逆境的應答。但在高濃度脅迫下，細胞內(nèi)游離態(tài)的Ca持續(xù)增加導致細胞Ca毒害作

11、用的發(fā)生。示蹤動力學分析結(jié)果顯示，40mg·kg-1TCB和NAP抑制“Ca庫”對原生質(zhì)Ca的調(diào)節(jié)。同時TCB和NAP促進細胞質(zhì)膜對Ca的跨膜運輸，也促進根系中原生質(zhì)Ca向地上部葉片的運轉(zhuǎn)。 7有機污染條件下水肥管理措施對水稻產(chǎn)量的調(diào)控在60mg·kg-1TCB和NAP污染條件下，增施氮(N)、磷(P)、鉀(K)肥、尤其是有機肥可明顯提高產(chǎn)量，N肥不足可使污染毒害作用加重，產(chǎn)量降低。濕潤灌溉也有利于提高產(chǎn)量，但武運粳7號在TCB