水稻鎘脅迫響應(yīng)差異機(jī)理和調(diào)控效應(yīng)的研究.pdf

1、水稻是我國第一大糧食作用，全國約有60％的人口以稻米為主食。我國稻米Cd污染的現(xiàn)象嚴(yán)重，危害了廣大人民群眾的健康，研究水稻Cd污染具有重要的意義。本研究采用不同基因型水稻，在Cd脅迫下研究了水稻的生長發(fā)育、生理活動及其差異，探討了耐Cd性的生理生化機(jī)制。此外還研究了調(diào)控措施對水稻Cd吸收的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　1、不同基因型水稻Cd積累特征及其差異的研究選取秀水63、甬優(yōu)8號、揚(yáng)稻6號、兩優(yōu)培九和汕優(yōu)63，5種有代表性的不

2、同基因型水稻，設(shè)置5個Cd濃度梯度，在盆栽條件下研究了水稻Cd吸收和積累的特征。結(jié)果表明，植株Cd含量隨著水稻生育進(jìn)程逐漸降低，且不同基因型降低程度不同。水稻地上部各器官Cd含量存在顯著地基因型差異。土壤Cd添加量為5 mg·kg-1，秀水63籽粒Cd含量僅為0.17 mg·kg-1，沒有超過國標(biāo)規(guī)定的限值（0.2 mg·kg-1），其它品種均超過標(biāo)準(zhǔn)限值，但超標(biāo)幅度不大，可以認(rèn)為在Cd中輕度污染土壤中篩選和種植籽粒低積累Cd水稻品種是

3、可行的。水稻籽粒Cd富集能力存在顯著地基因型差異，甬優(yōu)8號富集能力最強(qiáng)，秀水63最弱，而且容易受到土壤Cd濃度的影響，低Cd條件下水稻籽粒富集能力比高Cd條件下強(qiáng)，水稻Cd轉(zhuǎn)運(yùn)能力也受到環(huán)境和土壤Cd濃度共同作用的影響。籽粒Cd含量與各個生育時期植株Cd含量存在顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系，且不同基因型水稻的相關(guān)系數(shù)不同，說明不同生育時期吸收的Cd對籽粒Cd積累的貢獻(xiàn)作用不同。供試品種成熟期葉片和莖鞘Cd含量與籽粒Cd含量表現(xiàn)出顯著或極顯著的

4、相關(guān)關(guān)系。
　　2、Cd脅迫對不同基因型水稻生長及營養(yǎng)元素吸收的影響采用以上5種有代表性的不同基因型水稻，設(shè)置對照和Cd脅迫兩種處理，研究了Cd脅迫對不同基因型水稻的生長發(fā)育、產(chǎn)量以及Ca、Mg、P和K等礦質(zhì)營養(yǎng)元素吸收的影響。研究結(jié)果表明，Cd脅迫顯著地降低了水稻的產(chǎn)量、穗數(shù)和結(jié)實(shí)率，但粒重受影響不顯著。Cd脅迫降低了各生育時期的干物質(zhì)重，其主要表現(xiàn)在生育前中期，隨著生育進(jìn)程逐漸減弱。Cd對水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量影響存在顯著地基因型

5、的差異，汕優(yōu)63和秀水63受Cd脅迫程度小，耐Cd性強(qiáng)，為Cd耐性品種，兩優(yōu)培九、甬優(yōu)8號和揚(yáng)稻6號受Cd脅迫程度大，耐Cd性弱，為Cd敏感性品種。Cd脅迫影響了水稻對Ca、Mg、P和K的吸收和積累，分為促進(jìn)和抑制兩種作用，即促進(jìn)了Ca的吸收，抑制了Mg、P和K的吸收，同時也影響其在地上部各器官的分配和積累，且存在著基因型的差異。研究發(fā)現(xiàn)，Cd耐性品種Ca含量與對照相比增加幅度較Cd敏感性品種大，而在Mg、P和K中沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象，以此

6、可以推斷，水稻耐Cd性可能與Ca元素代謝存在一定的關(guān)系。
　　3、Cd脅迫下不同耐性水稻光合特性、抗氧化酶系統(tǒng)和氮代謝的研究選取以上研究的Cd耐性和Cd敏感性水稻品種，研究了Cd脅迫下水稻不同生育時期光合特性、抗氧化酶活性和氮代謝酶活性的響應(yīng)及其差異。研究結(jié)果表明，Cd脅迫抑制了水稻葉片的Pn，隨著水稻的生長發(fā)育抑制程度逐漸降低，對Cd耐性品種的抑制程度小于Cd敏感性品種，Cond、Ci和Tr也有類似的表現(xiàn)。Cd脅迫導(dǎo)致膜脂過氧化

7、程度加劇，導(dǎo)致水稻葉片MDA含量的增加，Cd敏感性品種MDA的增加幅度大于Cd耐性品種。 Cd脅迫提高了水稻葉片SOD、POD和CAT活性，與CK相比，SOD和CAT在分蘗期和拔節(jié)期活性提高程度較為顯著，抽穗期和灌漿期的顯著性降低，POD分蘗期和拔節(jié)期提高程度不顯著，抽穗期和灌漿期顯著性提高。Cd耐性品種抗氧化酶活性的提高程度大于Cd敏感性品種。氮代謝酶活性也受到Cd脅迫的影響，與CK相比，NR的活性分蘗期和拔節(jié)期受到抑制，抽穗期和灌漿

8、期的活性則提高，GS活性則全生育期受到抑制，GOT和GPT活性前中期受到抑制，后期則活性其提高。與Cd敏感性品種相比，Cd脅迫對Cd耐性品種氮代謝酶活性的抑制程度小，而提高程度大。因此可以看出，水稻耐Cd性與光合特性、抗氧化酶和氮代謝酶活性有關(guān)。
　　4、不同耐Cd性水稻Cd亞細(xì)胞分布和化學(xué)形態(tài)含量差異的研究采用土培試驗(yàn)，結(jié)合蔗糖差速離心法和化學(xué)試劑逐級提取法，研究了Cd耐性品種和Cd敏感性品種水稻葉片中Cd的亞細(xì)胞分布和不同化學(xué)

9、形態(tài)的含量及其生育時期的變化。研究結(jié)果表明，隨著水稻的生長發(fā)育，葉片細(xì)胞各組分Cd含量逐漸減低。細(xì)胞中的Cd大部分積累在細(xì)胞壁和可溶性組分中。Cd耐性品種細(xì)胞壁和可溶性組分Cd含量顯著地高于Cd敏感性品種，細(xì)胞器Cd含量顯著地低于Cd敏感性品種，在生育前期表現(xiàn)尤為明顯。水稻葉片中Cd的化學(xué)形態(tài)主要以氯化鈉提取態(tài)為主，其次為醋酸和鹽酸提取態(tài)，乙醇和水提取態(tài)較低，不同生育時期Cd化學(xué)形態(tài)含量和分布比例會發(fā)生變化。與Cd敏感性品種相比，Cd耐

10、性品種移動活性較強(qiáng)的乙醇和水提取態(tài)含量和分布比例較低，而難以移動的提取態(tài)含量和分布比例較高，在生育前中期表現(xiàn)尤為顯著。因此，可以推斷水稻耐Cd性與Cd的亞細(xì)胞分布和存在的化學(xué)形態(tài)有關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)，水稻籽粒Cd含量較高可能與灌漿期細(xì)胞可溶性組分含量以及移動活性較強(qiáng)的化學(xué)結(jié)合形態(tài)含量較高有關(guān)。
　　5、Cd脅迫下Si對不同Cd積累型水稻Cd耐性和吸收的影響選取兩個不同Cd積累型水稻品種，在水培條件下研究了Si對不同Cd濃度脅迫的解毒效

11、應(yīng)及其機(jī)理。研究結(jié)果表明，Cd濃度低時Si顯著地緩解了Cd對水稻生長的抑制作用，Cd濃度高時Si緩解作用不顯著，高積累品種汕優(yōu)63緩解效果好于低積累品種武育粳3號。與Cd處理相比，Cd低濃度時加Si顯著地促進(jìn)了水稻游離脯氨酸含量和SOD、CAT活性的提高，顯著地降低了MDA的含量，汕優(yōu)63效果好于武育粳3號，在Cd高濃度時顯著性下降。Si增加了水稻細(xì)胞壁Cd的含量和分布比例，減少了可溶性組分和細(xì)胞器的含量和分布比例，降低水稻體內(nèi)移動活性

12、強(qiáng)的Cd的化學(xué)結(jié)合態(tài)的含量和分布比例，提高了移動活性弱的化學(xué)結(jié)合態(tài)的含量和分布比例，且在低Cd濃度效果好于高Cd濃度，汕優(yōu)63的效果好于武育粳3號。因此，Si在一定范圍內(nèi)可以通過提高抗氧化酶活性，維持細(xì)胞膜穩(wěn)定以及減少Cd的吸收和運(yùn)輸來緩解Cd對水稻的毒害作用，且存在品種間的差異，高積累型品種緩解效果較低積累型品種好。
　　6、麥秸桿對Cd在水稻-土壤系統(tǒng)中遷移的影響通過室外砂土和黏土的大型土柱栽培試驗(yàn)，研究了麥秸桿對Cd在水稻-

13、土壤中遷移的影響。研究結(jié)果表明，隨著水稻的生長發(fā)育，水稻植株Cd含量逐漸降低，麥秸稈促進(jìn)了水稻對Cd的吸收，增加了水稻植株Cd的含量，水稻地上部各器官Cd含量也受麥秸影響而增加，籽粒和莖鞘較為顯著。麥秸稈可以顯著提高土壤中有效態(tài)Cd的含量，黏土中的提高程度大于砂土。麥秸稈促進(jìn)了Cd向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，提高了水稻籽粒Cd的富集系數(shù)，與Cd單一處理相比，砂土中添加麥秸稈使籽粒Cd富集系數(shù)增加了50％，黏土中增加了61.5％，黏土的提高幅度大于砂土

14、。Cd進(jìn)入土壤后會隨著水分流動向下遷移，砂土中的遷移能力大于黏土，隨著土壤深度的增加Cd含量逐漸減少。添加麥秸桿可以降低Cd在土壤中向下遷移的能力，降低幅度黏土大于砂土。因此，Cd污染土壤中添加麥秸促進(jìn)了Cd在水稻-土壤系統(tǒng)中的向上遷移，阻止了其向下的遷移。
　　7、不同生育期類型水稻對Cd積累的研究以江蘇省有代表性的早熟中粳、中熟中粳、遲熟中粳、早熟晚粳和中熟晚粳5種生育期類型的56個粳稻品種為材料，在Cd污染農(nóng)田中研究了不同生

15、育期類型粳稻品種Cd的積累特性。結(jié)果表明，56個供試水稻品種籽粒Cd含量變化范圍為0.014～0.054 mg·kg-1，水稻籽粒Cd含量在品種間差異顯著，其中籽粒Cd含量最高的品種是ELTO，揚(yáng)粳687、泗陽1382、廣陵香粳和武香粳9號籽粒Cd含量最低。不同生育期類型水稻籽粒Cd含量以早熟中粳較高，中熟中粳較低，分別為0.024和0.020 mg·kg-1。不同生育期類型水稻籽粒Cd富集系數(shù)差異不顯著，而轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)存在生育期類型差異。