砷對(duì)玉米產(chǎn)量、品質(zhì)及生理特性的影響.pdf

1、本試驗(yàn)于2006～2007年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米科技園和作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。本研究采用大田和盆栽相結(jié)合,田間試驗(yàn)和室內(nèi)生理生化測(cè)定相結(jié)合的技術(shù)路線。通過(guò)對(duì)兩種類型玉米(普通玉米鄭單958、糯玉米京紫糯218)進(jìn)行重金屬元素砷(As)脅迫,在多濃度砷處理?xiàng)l件下,系統(tǒng)研究產(chǎn)量、品質(zhì)、光合特性、抗性酶系統(tǒng)及微觀結(jié)構(gòu),主要研究結(jié)果如下： 1.砷對(duì)玉米產(chǎn)量和葉片光合性能的影響 生物產(chǎn)量和子粒產(chǎn)量在砷作用下有類似規(guī)律,低濃度

2、處理(A2),生物產(chǎn)量和子粒產(chǎn)量不同程度的升高；高濃度處理?xiàng)l件下(A3、A4),則呈現(xiàn)下降趨勢(shì),處理濃度越高則下降越多,A3、A4處理產(chǎn)量顯著低于CK。最高生物產(chǎn)量和子粒產(chǎn)量都出現(xiàn)在處理濃度A2。當(dāng)土壤砷濃度達(dá)到200mg/kg以上,玉米種子萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)受到嚴(yán)重影響,干物質(zhì)積累量極低,不能開(kāi)花結(jié)實(shí),甚至死亡。 在低濃度砷(A2)條件下,刺激玉米植株生長(zhǎng)和提高光合性能,具體表現(xiàn)為：葉片葉綠素總量增加,玉米葉面積指數(shù)增大,穗位葉

3、光合速率提高,實(shí)際光化學(xué)效率和電子傳遞速率增加。隨著砷濃度的提高(A3、A4),抑制玉米的光合性能,具體表現(xiàn)為：葉片葉綠素總量減少,玉米葉面積指數(shù)降低,穗位葉光合速率下降,同時(shí)實(shí)際光化學(xué)效率和電子傳遞速率顯著降低。 2.砷對(duì)玉米子粒品質(zhì)影響 砷對(duì)玉米子粒品質(zhì)影響顯著。粗蛋白、粗脂肪和淀粉總量隨著砷濃度的提高先增加后降低,支鏈淀粉和直鏈淀粉比例降低。砷對(duì)玉米子粒RVA的高峰黏度、低谷黏度、最后黏度和反彈值影響較大,而對(duì)糊化

4、溫度影響較少。砷對(duì)兩個(gè)品種的RVA特性影響結(jié)果不一致,這可能與品種淀粉性質(zhì)不同造成的。砷顯著影響玉米淀粉粒度分布。砷脅迫嚴(yán)重抑制淀粉粒發(fā)育充實(shí),小體積淀粉粒組增加,大體積淀粉粒組顯著減少,大粒徑淀粉粒數(shù)目減少。 3.砷對(duì)玉米生育特性和植株性狀的影響 低濃度的(A2)砷刺激玉米植株的生長(zhǎng)發(fā)育,株高、莖粗增加,葉面積指數(shù)升高。高濃度砷脅迫下,玉米植株矮小,穗位高、莖粗降低,根系發(fā)褐發(fā)黑,葉片失綠發(fā)黃,植株長(zhǎng)勢(shì)弱；玉米穗分化過(guò)

5、程緩慢,雄穗抽出困難甚至被葉片包裹,開(kāi)花期后移,花期縮短,植株成熟期延遲。 4.砷對(duì)玉米幼苗活性氧代謝及膜脂過(guò)氧化的影響 砷進(jìn)入細(xì)胞后,植株通過(guò)提高體內(nèi)的活性氧清除酶的活性來(lái)減輕砷的毒害作用。砷脅迫下,玉米葉片抗氧化酶系統(tǒng)的SOD、POD、CAT活性變化規(guī)律相似,隨著砷濃度的升高,呈單峰曲線變化,峰值出現(xiàn)在6-8mg/kg之間。根系SOD、POD活性隨著砷濃度的升高逐漸增加,CAT活性先增加后降低,峰值出現(xiàn)在8mg/kg

6、。根系POD、CAT活性高于葉片,反映出砷脅迫產(chǎn)生不同類型氧自由基,在根葉中有不同程度的清除作用。 砷脅迫導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化作用發(fā)生,處理濃度越高,則膜脂過(guò)氧化作用越強(qiáng)。MDA隨著砷濃度的升高而增加,根系中MDA含量高于葉。 5.砷對(duì)玉米超微結(jié)構(gòu)的影響 砷脅迫下,玉米正常碳代謝過(guò)程紊亂,葉片中淀粉質(zhì)體內(nèi)淀粉的合成受到抑制,從而無(wú)法提供充足的有機(jī)物滿足子粒灌漿的需要。高濃度的砷破壞葉肉細(xì)胞葉綠體結(jié)構(gòu),細(xì)胞內(nèi)脂類小滴增多