氮肥形態(tài)與用量對(duì)水稻鎘積累和毒害的影響及調(diào)控機(jī)制研究.pdf

1、鎘（Cadmium,Cd）是一種危害性極強(qiáng)的有毒重金屬元素。通過工業(yè)生產(chǎn)、采礦、污水灌溉、施用劣質(zhì)磷肥、大氣沉降等途徑進(jìn)入農(nóng)田土壤。Cd會(huì)對(duì)作物產(chǎn)生嚴(yán)重危害，可以導(dǎo)致代謝紊亂、營養(yǎng)缺失、抑制葉綠素合成、降低光合作用、產(chǎn)生氧化脅迫等，致使植物生長受阻，甚至死亡。更為重要的是，Cd會(huì)通過食物鏈富集在身體中，對(duì)人畜健康造成嚴(yán)重危害。稻米是人體Cd的重要來源，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織規(guī)定Cd在可食用稻米中的含量不能超過0.1 mg/Kg，然而，Cd

2、在稻米中的超標(biāo)事實(shí)仍舊不容樂觀。在眾多降低水稻Cd積累的辦法中，科學(xué)家一致認(rèn)為營養(yǎng)調(diào)控是最經(jīng)濟(jì)、最省時(shí)、最有效的可用于降低稻米中Cd含量的方法。然而，氮肥作為水稻最重要的栽培措施，對(duì)水稻Cd吸收和積累以及毒害的影響及調(diào)控機(jī)制，尚未被研究清楚。
　　本研究主要采用水培和盆栽方法，選用水稻品種日本晴，水培采用國際水稻研究所營養(yǎng)液配方，分別用標(biāo)準(zhǔn)濃度的硝態(tài)氮（Nitrate,NO3-）、銨態(tài)氮（Ammonium, NH4+）及酰胺態(tài)氮（

3、Urea）肥，Cd濃度為100μM，于水稻分蘗期開展氮肥形態(tài)和用量對(duì)水稻Cd吸收和毒害的研究，結(jié)果表明：
　　1、3種氮肥形態(tài)處理下水稻對(duì)Cd的吸收以及毒害癥狀不同。Cd脅迫下，NH4+處理水稻的分蘗、干重、光合速率、蒸騰速率、總氮含量較高，相比NO3-處理分別高49.1％、9.6%、106.5%、264.6%、48.3%；根部和地上部丙二醛含量、根部和地上部過氧化氫含量顯著低約44.2%、18.9%、48.5%、36.5%；以植

4、株生長、光合特性、營養(yǎng)元素吸收和氧化脅迫程度指標(biāo)，說明NH4+減輕水稻Cd毒害的能力顯著高于Urea和NO3-。另外，3種氮肥形態(tài)處理對(duì)水稻Cd的吸收和積累影響不同，其中NO3-處理的水稻植株Cd吸收能力最強(qiáng)，NO3-處理的水稻根部Cd含量是NH4+處理的2.79倍，其次是Urea，最后是NH4+。
　　2、過量NO3-通過Fe轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)間接促進(jìn)了水稻對(duì)Cd的吸收和積累。采用水培和土培方法，施用不同濃度的NO3-處理水稻。結(jié)果表明，

5、過量NO3-增加了水稻根尖伸長區(qū)的Cd2+流通量，相比對(duì)照增加53.2%，過量NO3-處理的水稻，其根部、地上部及稻米中的 Cd含量分別比對(duì)照高出8.0%、67.0%、93.0%，而缺NO3-顯著降低了Cd2+流通量及Cd在植株各部位的積累。進(jìn)一步研究表明，過量NO3-上調(diào)了根尖Fe轉(zhuǎn)運(yùn)體OsIRT1基因的表達(dá)，致使水稻根部和地上部Fe含量分別增加13.5%和59.9%。因此，過量的NO3-增加了稻米Cd毒害風(fēng)險(xiǎn)，建議在Cd污染稻區(qū)避免

6、大量施用NO3-肥。
　　3.過量NH4+通過調(diào)節(jié)根部金屬螯合肽含量及抗氧化物酶活性減輕了水稻Cd毒害。在水培條件下，采用不同濃度的NH4+肥處理3周大的水稻品種日本晴，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Cd脅迫下過量NH4+顯著增加了水稻株高、葉綠素a含量、葉綠素b含量、光合速率、地上部氮含量，增幅分別為4.7%、17.8%、27.1%、28.0%、7.9%，而缺NH4+顯著降低了這些指標(biāo)。進(jìn)一步研究表明，過量NH4+處理下，水稻根部硫含量和硫積累量分

7、別增加了17.8%和17.4%，根部金屬螯合肽含量增加了6.8%，水稻Cd毒害減輕。另外，過量NH4+顯著降低了水稻根部和地上部丙二醛含量、根部過氧化氫含量，其降幅分別為13.4%、13.2%、23.9%，缺NH4+顯著增加了脅迫程度。同時(shí)，過量NH4+顯著上調(diào)了根部OsMT-1基因、地上部OsLCD基因的表達(dá)。過量NH4+增加了根部和地上部過氧化物酶（POD）和地上部抗壞血酸氧化酶（APX）活性，增幅分別為31.3%、35.3%、12

8、.6%。因此，過量NH4+提高了水稻POD和APX活性，減輕了水稻Cd毒害。
　　4.過量NH4+促進(jìn)了Cd向水稻地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。過量NH4+處理的水稻地上部/根部Cd含量比增加了14.5%，而缺NH4+顯著降低了這一轉(zhuǎn)運(yùn)比率。另外，過量NH4+顯著下調(diào)了水稻根部OsHMA3基因表達(dá)，減少了螯合肽Cd向液泡中的固定，因此，NH4+通過下調(diào)根部OsHMA3基因表達(dá)增加了水稻植株Cd向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。
　　5.酰胺態(tài)氮（Urea）能

9、通過上調(diào)水稻Cd吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)基因的表達(dá)增加Cd的積累。采用不同濃度的 Urea處理水稻，過量Urea處理下水稻根部硝態(tài)氮、硝銨比均增加，同時(shí)也上調(diào)了根部OsNramp1、OsNramp5和OsHMA2基因的表達(dá)，增加了水稻根部和地上部Cd的含量，而缺Urea降低了這些指標(biāo)。
　　氮肥形態(tài)與用量對(duì)水稻Cd吸收和毒害的影響及其調(diào)控機(jī)制研究，對(duì)水稻生產(chǎn)與稻米安全具有重要的理論和實(shí)際意義。本研究以水稻最常用的3種氮肥形態(tài)和用量，研究水稻Cd