葉面噴施納米硅增強(qiáng)水稻抗重金屬毒害機(jī)理研究.pdf

1、重金屬在土壤中的累積、遷移和形態(tài)轉(zhuǎn)化,導(dǎo)致土壤環(huán)境質(zhì)量惡化,嚴(yán)重影響土壤圈的物質(zhì)循環(huán),并通過食物鏈危害人類的生命和健康。硅是自然界中非常豐富的元素,對(duì)處于逆境脅迫的植物具有特殊的營養(yǎng)生理功能。本研究擬采用納米硅制劑作為硅源,嘗試尋找一種更方便、可行、有效的利用硅的方法,并研究納米硅制劑增強(qiáng)水稻抗重金屬毒害的機(jī)理。 采用盆栽實(shí)驗(yàn)比較了6個(gè)品種水稻在重金屬復(fù)合污染條件下的生長情況和重金屬積累差異以及葉面噴施納米硅制劑的影響。在重金屬

2、Cd(5 mg/kg)、Pb(200 mg/kg)、Cu(250 mg/kg)和Zn(300 mg/kg)復(fù)合污染下,在水稻的不同生育期內(nèi)(苗期、分蘗期、抽穗期)葉面噴施硅酸鈉和正硅酸乙酯配制的納米硅制劑(2.5 mM),促進(jìn)了6個(gè)品種水稻的生長發(fā)育,增加了水稻地上部生物量,對(duì)常規(guī)稻的百粒重、單株有效穗數(shù)影響顯著(P<0.05),葉面噴施納米有機(jī)硅也顯著增加雜交稻地上部生物量。無論是否葉面噴施納米硅,四種金屬元素的籽粒吸收系數(shù)順序基本上

3、表現(xiàn)為Cd最高,Pb最低,Cu、Zn居中,顯示CA具有較強(qiáng)的向籽粒遷移的能力。對(duì)重金屬在水稻籽粒的吸收能力,不同品種問存在顯著差異(P<0.05)。葉面噴施硅制劑后,所有品種水稻重金屬的吸收系數(shù)均趨向下降,在雜交稻中的下降幅度大于常規(guī)稻,葉面噴施有機(jī)硅的效果好于無機(jī)硅。 在較高污染水平下,葉面噴施兩種2.5 mM納米硅制劑,顯著提高“優(yōu)優(yōu)128”的水稻百粒重及單株穩(wěn)重(P<0.05),并且顯著降低籽粒中Cd、Pb、Cu、Zn的吸

4、收量。隨著Cd處理濃度的增高,葉面噴施硅對(duì)重金屬在籽粒中積累的抑制效應(yīng)越顯著(P<0.05)。噴施較高濃度(5和10 mM)納米硅有利于水稻的生長,對(duì)粒重和生物量的促進(jìn)效應(yīng)達(dá)顯著水平(P<0.05)。10 mM以下的無機(jī)硅和有機(jī)硅配制的納米硅制劑抑制水稻對(duì)重金屬的吸收表現(xiàn)出濃度效應(yīng)。同一濃度下,噴施有機(jī)硅源的納米硅比無機(jī)硅源納米硅的促進(jìn)作用更大。 通過水培實(shí)驗(yàn),研究了葉面噴施納米無機(jī)硅制劑(2.5 mM)對(duì)20 μM鎘脅迫處理1

5、4d的水稻幼苗營養(yǎng)生長、光合特性、質(zhì)外體運(yùn)輸以及處理3d和14d后抗氧化系統(tǒng)的影響,并利甩RT-PCR技術(shù)探討了納米硅制劑對(duì)鎘處理3d水稻幼苗γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-ECS)基因表達(dá)的影響。結(jié)果顯示,葉面施硅可以改善鎘脅迫所導(dǎo)致的水稻養(yǎng)分不平衡,改善水稻的生長。使水稻幼苗的生物量增加22％,株高增長8％,根系長度增長14％。葉面噴施納米硅降低了Ca在水稻地上部的分布,使Cd脅迫植株的Ca在地上部的濃度恢復(fù)到對(duì)照水平。葉面施硅提高了

6、Mg在水稻幼苗體內(nèi)的濃度。在微量元素中,葉面施硅顯著提高Cd脅迫的幼苗地上部Zn、Fe和Cu濃度(P<0.05)。葉面噴施納米硅降低了水稻幼苗對(duì)鎘的吸收,并降低了其在地上部分布的比例；施硅處理的水稻幼苗木質(zhì)部汁液中鎘的濃度降低了32.7％。通過膜不浸透的熒光染料PTS(tri-sodiunl-8-hydfoxy-1,3,6-pyrenesulphonate)的吸收實(shí)驗(yàn)證實(shí),施硅可以減少水稻幼苗對(duì)PTS的吸收量,說明質(zhì)外體運(yùn)輸路徑通透性變

7、小是施硅使地上部鎘積累減少的原因之一。葉面噴施納米硅有提高水稻幼苗凈光合速率(Pn)、降低水稻幼苗蒸騰速率(Tr)的作用,但與對(duì)照相比差異不顯著。在2μM Cd存在下,施硅可顯著緩解鎘脅迫引起的過度蒸騰,提高了水稻幼苗對(duì)水分的利用率(WUE)。鎘脅迫提高了水稻葉片的氣孔導(dǎo)度,但葉肉細(xì)胞的光合活性降低,胞間CO2濃度(Ci)升高；葉面噴施納米硅增加了水稻幼苗葉肉細(xì)胞的光合活性,提高了水稻幼苗對(duì)CO2利用率,使凈光合速率Pn升高。

8、葉面噴施納米硅顯著降低了鎘脅迫引起的膜質(zhì)過氧化程度(P<0.05),隨處理時(shí)間延長,丙二醛(MDA)含量顯著下降。葉面噴施納米硅使水稻幼苗中還原型AsS含量比對(duì)照顯著提高(P<0.05);總的AsA含量也表現(xiàn)為上升趨勢(shì)；地上部AsA含量明顯高于根系中含量。在鎘處理后,水稻幼苗中總谷胱甘肽(GSH+GSSG)含量較對(duì)照顯著下降(P<0.05),而氧化型谷胱甘肽(GSSG)隨處理時(shí)間延長顯著增加(P<0.05),施硅后,總谷胱甘肽在水稻幼苗

9、的地上部和根系含量均顯著增加,氧化型谷胱甘肽隨處理時(shí)間延長顯著下降(P<0.05),而且GSH/GSSG在施用納米硅后比例上升。葉面噴施納米硅提高GR活性,且隨時(shí)間延長,可以對(duì)鎘脅迫引起的GR活性下降有顯著緩解作用。葉面施硅初期抑制APX活性,隨處理時(shí)間延長,APX活性比對(duì)照略有上升,但對(duì)鎘脅迫下幼苗影響不顯著。葉面噴施納米硅后,SOD活性表現(xiàn)表現(xiàn)為先下降后上升,根系中的上升幅度要大于地上部。葉面施硅也提高了水稻POD活性,根系中的PO

10、D活性高于地上部。無論是否噴施納米硅,CAT活性先降后升,但后期活性降低,地上部高于根系,說明葉面噴施納米硅提高了水稻幼苗的抗氧化能力。 鎘脅迫使水稻幼苗的NPT含量上升(P<0.05),但增加幅度小于施硅對(duì)幼苗體內(nèi)NPT含量的影響.利用半定量RT-PCR技術(shù)以及特異引物,擴(kuò)增了水稻品種“優(yōu)優(yōu)128”根和葉片中γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-ECS)基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。擴(kuò)增片段經(jīng)序列測(cè)定以及通過基因Bank Blast相似性檢測(cè)分析,證