水稻對(duì)土壤重金屬鎘的響應(yīng)及其調(diào)控.pdf

1、鎘(Cd)是農(nóng)田土壤中主要的污染物質(zhì)。隨著工業(yè)的發(fā)展，Cd污染日趨嚴(yán)重，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。本研究以水稻不同品種為材料，研究Cd對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其生理機(jī)制，探討通過(guò)灌溉和施肥等農(nóng)藝措施減輕Cd對(duì)水稻危害的技術(shù)途徑，為水稻優(yōu)質(zhì)安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。主要結(jié)果如下： 1、Cd對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 當(dāng)土壤Cd濃度為60或90 mg kg-1時(shí)，揚(yáng)稻6號(hào)和揚(yáng)粳9538的產(chǎn)量與對(duì)照(土壤未加C

2、d處理)無(wú)顯著差異。這兩品種在Cd濃度為120或1 80 mg kg-1以及武運(yùn)粳7號(hào)在Cd濃度為60或120 mg kg-1條件下產(chǎn)量均較對(duì)照顯著降低。在Cd脅迫下產(chǎn)量降低的原因主要在于穗數(shù)或每穗穎花數(shù)的減少，Cd對(duì)結(jié)實(shí)率和千粒重?zé)o顯著影響。Cd對(duì)稻米加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮品質(zhì)以及蛋白質(zhì)含量無(wú)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(dāng)土壤Cd濃度為60和90 mg kg-1時(shí)，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(duì)照無(wú)顯著差異；當(dāng)土壤Cd濃度為120和180 mg kg-1時(shí)，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(wú)顯著差異，但揚(yáng)稻6號(hào)Cd累積量高于揚(yáng)粳9538。表明Cd對(duì)水稻產(chǎn)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(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和食味性。 2、水稻對(duì)Cd脅迫的生理響應(yīng) Cd

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

5、 Cd處理后，耐Cd基因型(汕優(yōu)63和揚(yáng)粳9538)籽粒產(chǎn)量較CK(土壤中未加Cd)降低了6.2％～8.9％，Cd敏感基因型(揚(yáng)稻6號(hào)和武運(yùn)粳7號(hào))產(chǎn)量較對(duì)照降低38.3％～47.1％。Cd處理后每盆穗數(shù)和每穗穎花數(shù)減少是減產(chǎn)的主要原因，結(jié)實(shí)率和千粒重在Cd處理與CK間無(wú)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(dǎo)致整個(gè)生育期干物質(zhì)積累的顯著下降。Cd處理對(duì)物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)率和收獲指數(shù)無(wú)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(guò)氧化氫酶活性明顯低于耐Cd基因型，葉片超氧自由基和過(guò)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(duì)上述生理指標(biāo)以及整個(gè)生育時(shí)期葉片脫落酸含量無(wú)顯著影響。說(shuō)明Cd對(duì)水稻生長(zhǎng)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(hù)系統(tǒng)能力強(qiáng)及乙烯合成少是耐Cd基因型水稻的主要農(nóng)藝和生理特征。 4

7、、結(jié)實(shí)期灌溉方式對(duì)水稻品質(zhì)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(jié)實(shí)期輕干一濕交替灌溉(MD)可以增加產(chǎn)量和改善稻米的加工與外觀品質(zhì)，結(jié)實(shí)期重干-濕交替灌溉(SD)則降低產(chǎn)量和品質(zhì)。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(duì)籽粒和精米中的Cd濃度無(wú)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(qiáng)和葉片氣孔導(dǎo)度降低(即蒸騰強(qiáng)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(dǎo)度顯著降低和莖葉Cd表觀輸出率大幅度增加有密切關(guān)系。 5、全生育期干濕交替灌溉對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)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(chǎn)量增加了8.6-10％，改善了加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)，全生育期

9、重干濕交替灌溉(SD)的結(jié)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(shuō)明全生育期輕干濕交替灌溉可以增加產(chǎn)量和減少Cd在水稻可食部分的含量。 6、氮肥對(duì)水稻品質(zhì)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(chǎn)量。在相同土壤Cd濃度下，產(chǎn)量隨施氮量(0～600 kg ha-1)的增加而提高。施氮量和Cd處理對(duì)稻米的出糙率、精米率和整精米率無(wú)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(duì)稻米堊白率、堊白度和蛋白質(zhì)含量無(wú)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(wú)顯著差異。Cd在穎殼和糠層中的分配比例也隨施氮