不同鋅效率水稻品種對石灰性土壤鋅的活化和生物有效性的影響及其機制的研究.pdf

1、水稻缺鋅是普遍的問題，這與土壤中鋅的生物有效性有密切的關(guān)系。我國有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，不同水稻品種對石灰性土壤缺鋅耐性與其對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)模擬的試驗方法，運用同位素示蹤技術(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、稻品種對石灰性土壤中鋅活化和生物有效性的影響及其機制。通過研究取得如下主要結(jié)果： 1、通過土培試驗研究不同鋅效率水稻品種對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和鋅的吸收，但是IR36表現(xiàn)出一定的耐性。與紅壤對照相比，生長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更為嚴重。種植水稻兩個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，與對照(不種植物)相比，在種植IR36一個月和兩個月后土壤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石灰性耐性機制之一。 2、采用模擬試驗研究了檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、琥珀酸和草酸對土壤中

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

5、的活化能力達到最高點。由此表明，根際土壤中有機酸的濃度和種類對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、通過模擬試驗研究鋅在石灰性土壤中吸附行為，以及pH(3.0、6.0、9.0)和低分子有機酸(檸檬酸/蘋果酸：30、60、90mM)分別對土壤吸附鋅解吸行為的影響。研究結(jié)果表明三種土壤對鋅的吸持能力表現(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時差異更加顯著。通過等溫方程模擬常數(shù)表明石灰性土壤相對紅壤對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，導致生長在石灰性土壤上植物缺鋅。與紅壤相比較，有機酸顯著增加了兩種石灰性土鋅的解吸量和解析率，特別是當檸檬酸濃度為30mM時以對石灰性紫色土的解吸影響最為顯著。這與土壤pH、有機質(zhì)含量、CEC、CaCO<,3>％等有著一定關(guān)系，還需進一步的研究探討。 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力學的影響。試驗結(jié)果表明，兩種鋅效率水稻品種根系吸收動力學參數(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<'65>Zn<'2+>的吸收和轉(zhuǎn)運率提高1～5倍。在吸收試驗的90分鐘內(nèi)，隨著吸收液鋅濃度的增加，HCO<,3><'->促進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)運受到跨膜蛋白的調(diào)控，HCO<,3><'->處理顯著促進了鋅高效水稻品種根系和地上部跨膜蛋白對鋅的親和力和轉(zhuǎn)運率，從而增加了鋅高效水稻品種鋅吸收和轉(zhuǎn)運，增加了對高濃度HCO<,3><'->的耐性。 5、采用水培試驗研究了外源有機酸

9、對不同鋅效率水稻品種根系生長和鋅吸收的影響。外源檸檬酸濃度水平為(0，10，30，60，120mM)。預處理為對照(Zn 1.0μM，pH6.0)和10mM HCO<,3><'->(zn 1.0μM，pH8.0)。研究結(jié)果表明，高濃度檸檬酸嚴重抑制了兩種鋅效率水稻品種根系的生長，IR36耐性高于IR26。處理四天后在檸檬酸濃度為10mM時，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和鋅的吸收受到明顯抑制。根長度、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，根系中有機酸(草酸、酒石酸和乙酸)含量逐漸減少；而葉片中有機酸(草酸、酒石酸、琥珀酸、蘋果酸、檸檬酸、乙酸)含量逐漸增加。與對照相比，HCO<,3><'->增加了兩種鋅效率水稻品種葉片中有機酸積累；增加了有機酸在IR26根系的積累，而IR36中減少。鋅高效水稻品種通過減少根系有機酸的積累而提高根系對高濃度有機酸和HCO

11、<,3><'->的耐性，但隨著有機酸濃度的增加根系的生長受到嚴重抑制，使植物生長產(chǎn)生毒害現(xiàn)象。 6、采用水培試驗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的差異，探索HCO<,3><'->和呼吸抑制劑對根系生長的影響與有機酸代謝的關(guān)系。試驗結(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、根系鋅含量、根系活力和根系細胞質(zhì)膜透性，從而抑制了根系的正常生長。相反

12、地，HCO<,3><'->對鋅高效水稻品種IR36起到了促進作用，增加了對高HCO<,3><'->的耐性。HCO<,3><'->顯著地促進了鋅敏感水稻品種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)嚴重地抑制了兩種鋅效率水稻品種根系生長、有機酸積累和鋅在植物體內(nèi)地吸收和運輸。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、劑對植物生長的抑制作用。鋅高效水稻品種IR36對呼吸抑制劑的耐性明顯高于鋅敏感水稻品種IR26。呼吸抑制劑對兩種鋅效率水稻品種根系生長的抑制作用與HC03_對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酸代謝，導致根系有機酸大量積累，從而抑制根系生長和鋅的吸收轉(zhuǎn)運。 7、采用水培和模擬試驗研究了不同HCO<,3><'->+處理條件下兩種鋅效率水稻品種根系分泌有機酸，及其對石灰性

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><'->+促進了IR36的根系生長及其對鋅營養(yǎng)的吸收；對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有差異(蘋果酸、草酸和酒石酸)，但在含量上有顯著差異。與對照相比較，缺鋅和HCO<,3><'->+增加了IR36根系有機酸的分泌，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HCO<,3><'->+和石灰性土壤的適應機制之一。 8．通過根箱試驗研究不同鋅效率水稻品種以及外源有機酸對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較低，抑制了兩種鋅效率水稻品種的生長(株高、根長、干重和葉綠素含量)和對鋅的吸收，對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