水稻對土壤重金屬鎘的響應及其調控.pdf

1、鎘(Cd)是農田土壤中主要的污染物質。隨著工業(yè)的發(fā)展，Cd污染日趨嚴重，對農業(yè)生產和人類健康構成嚴重的威脅。本研究以水稻不同品種為材料，研究Cd對水稻產量和品質的影響及其生理機制，探討通過灌溉和施肥等農藝措施減輕Cd對水稻危害的技術途徑，為水稻優(yōu)質安全生產提供理論依據和實踐指導。主要結果如下： 1、Cd對水稻產量和品質的影響 當土壤Cd濃度為60或90 mg kg-1時，揚稻6號和揚粳9538的產量與對照(土壤未加C

2、d處理)無顯著差異。這兩品種在Cd濃度為120或1 80 mg kg-1以及武運粳7號在Cd濃度為60或120 mg kg-1條件下產量均較對照顯著降低。在Cd脅迫下產量降低的原因主要在于穗數或每穗穎花數的減少，Cd對結實率和千粒重無顯著影響。Cd對稻米加工品質、外觀品質、蒸煮品質以及蛋白質含量無顯著影響。隨土壤Cd濃度的增加，稻米醇溶蛋白含量增加，清蛋白和球蛋白含量則降低。當土壤Cd濃度為60和90 mg kg-1時，稻米淀粉譜的最高

3、粘度、熱漿粘度、最終粘度、崩解值和消減值與對照無顯著差異；當土壤Cd濃度為120和180 mg kg-1時，稻米淀粉譜的最高粘度和崩解值顯著降低，熱漿粘度、最終粘度和消減值顯著增加。在相同土壤Cd濃度下，同一器官的Cd濃度在品種間無顯著差異，但揚稻6號Cd累積量高于揚粳9538。表明Cd對水稻產量的影響以及Cd在稻株的累積量在品種間存在差異，高濃度Cd可降低稻米的營養(yǎng)品質和食味性。 2、水稻對Cd脅迫的生理響應 Cd

4、脅迫增加了根系和葉片自由基含量；誘導超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)同工酶小分子量的特異表達；增加了水稻根系分泌物含量；降低了水稻DNA和蛋白質含量；水稻可溶性蛋白質一維電泳和二維電泳分析結果表明，Cd脅迫后水稻可溶性蛋白質表達發(fā)生改變。Cd誘導了水稻幼苗根系10個蛋白質點和葉片8個蛋白質點的表達，抑制了根系4個蛋白質點和葉片8個蛋白質點的表達。 3、水稻耐Cd性不同品種一些農藝與生理性狀

5、 Cd處理后，耐Cd基因型(汕優(yōu)63和揚粳9538)籽粒產量較CK(土壤中未加Cd)降低了6.2％～8.9％，Cd敏感基因型(揚稻6號和武運粳7號)產量較對照降低38.3％～47.1％。Cd處理后每盆穗數和每穗穎花數減少是減產的主要原因，結實率和千粒重在Cd處理與CK間無顯著差異。Cd處理顯著抑制了Cd敏感基因型的分蘗發(fā)生，導致整個生育期干物質積累的顯著下降。Cd處理對物質運轉率和收獲指數無顯著影響。在Cd脅迫下，分蘗至拔節(jié)期C

6、d敏感基因型的根系活力、葉片光合速率、超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性明顯低于耐Cd基因型，葉片超氧自由基和過氧化氫含量、乙烯釋放速率及根系傷流液中1-氨基環(huán)丙烷1-羧酸濃度則顯著高于耐Cd基因型。抽穗以后Cd對上述生理指標以及整個生育時期葉片脫落酸含量無顯著影響。說明Cd對水稻生長發(fā)育的影響主要在生育前期(分蘗至拔節(jié)期)，此期分蘗發(fā)生多、根系活力和葉片抗氧化保護系統(tǒng)能力強及乙烯合成少是耐Cd基因型水稻的主要農藝和生理特征。 4

7、、結實期灌溉方式對水稻品質和不同器官Cd濃度與分配的影響 在土壤Cd污染條件下，與水層灌溉(WW)相比，結實期輕干一濕交替灌溉(MD)可以增加產量和改善稻米的加工與外觀品質，結實期重干-濕交替灌溉(SD)則降低產量和品質。MD和SD均可增加Cd在根的濃度和分配比例，降低Cd在莖葉的濃度和分配比例；MD對籽粒和精米中的Cd濃度無明顯影響，但可顯著降低Cd在籽粒中的分配比例，SD則增加了籽粒和精米的Cd濃度。在MD條件下，根系活力

8、增強和葉片氣孔導度降低(即蒸騰強度小)是根系Cd濃度大、莖葉Cd濃度小以及籽粒Cd分配比例低的重要原因；而在SD條件下，根系和籽粒Cd濃度大、莖葉Cd濃度小與氣孔導度顯著降低和莖葉Cd表觀輸出率大幅度增加有密切關系。 5、全生育期干濕交替灌溉對水稻產量和品質及Cd積累的影響 與保持水層(WW)相比，全生育期輕干濕交替灌溉(MD)提高了根系氧化力和光合速率，使產量增加了8.6-10％，改善了加工品質和外觀品質，全生育期

9、重干濕交替灌溉(SD)的結果則相反。MD和SD均降低了葉片蒸騰速率，SD尤為明顯。MD和SD顯著增加了根系中Cd的濃度，降低了稻草中Cd的濃度。MD使籽粒中Cd濃度降低了8.6-9.7％，精米中Cd濃度降低了27-31％。SD則顯著增加了籽粒中Cd濃度，但降低了Cd在精米中濃度。說明全生育期輕干濕交替灌溉可以增加產量和減少Cd在水稻可食部分的含量。 6、氮肥對水稻品質和不同器官Cd濃度與分配的影響 在相同施氮量情況下

10、，Cd處理顯著降低了產量。在相同土壤Cd濃度下，產量隨施氮量(0～600 kg ha-1)的增加而提高。施氮量和Cd處理對稻米的出糙率、精米率和整精米率無顯著影響。在相同施氮量情況下，Cd處理使膠稠度增加，直鏈淀粉含量降低。Cd對稻米堊白率、堊白度和蛋白質含量無顯著影響。隨施氮量的增加，穎殼、糠層和精米中Cd濃度均隨之增加，但精米Cd濃度在ON(不施氮)與MN(300 kg ha-1)之間無顯著差異。Cd在穎殼和糠層中的分配比例也隨施氮