收藏 分享(赏)

不同生育期镉胁迫对两种水稻的生长,镉吸收.doc

上传人:jinchen 文档编号:6332910 上传时间:2019-04-07 格式:DOC 页数:7 大小:234KB
下载 相关 举报
不同生育期镉胁迫对两种水稻的生长,镉吸收.doc_第1页
第1页 / 共7页
不同生育期镉胁迫对两种水稻的生长,镉吸收.doc_第2页
第2页 / 共7页
不同生育期镉胁迫对两种水稻的生长,镉吸收.doc_第3页
第3页 / 共7页
不同生育期镉胁迫对两种水稻的生长,镉吸收.doc_第4页
第4页 / 共7页
不同生育期镉胁迫对两种水稻的生长,镉吸收.doc_第5页
第5页 / 共7页
点击查看更多>>
资源描述

1、生态环境 2006, 15(6): 1197-1203 http:/Ecology and Environment E-mail: 基金项目:农业部农业结构调整重大研究专项(040103B)资助作者简介:王凯荣(1959),男,教授,博士,博士生导师,主要研究方向为农业生 态系统物质循环过程、 污染修复与环境健康评价等。E-mail: 收稿日期:2006-08-07不同生育期 镉胁迫对两种水稻的生 长、镉吸收及糙米镉含量的影响王凯荣 1, 2,龚 惠群 21. 莱阳农学院农业生态与环境健康研究所,山东 青岛 266109;2. 中国科学院亚热带农业生态研究所,湖南 长沙 410125摘要:采用

2、分阶段加镉水培试验,对杂 交水稻“威优 1126”和常规水稻 “浙辐 802”不同生育期对 Cd 胁迫的生长反应及其对 Cd吸收、积 累与分配特性 进行了比较 研究。 结果表明,水稻对 Cd 胁迫的反 应因生育期不同而异,幼穗分化之前(前期),镉毒害主要表现为降低光合生产力;幼穗分化至抽穗期(中期)主要抑制幼穗的分化与发育过程;抽穗之后(后期)主要阻碍碳水化合物和 NP 养分向穗部迁移和 转化。从对产量形成影响来看,幼穗分化 抽穗期是水稻对 Cd 胁迫反应最敏感时期。水稻吸 Cd速率为中期后期前期。糙米中 Cd 的含量受水稻植株吸收 Cd 的总量和茎叶 Cd 向籽粒转移效率的双重影响。 杂交稻

3、对Cd 的吸收能力与常规水稻相近,但 Cd 在地上部分累积的比例比常规水稻高 4.9%21.8%,籽粒部分的镉与茎叶部分镉的比例比常规稻高 49%95%,糙米 Cd 含量比常规稻高 33%72%。从减 产效应和对稻米卫生品质损害来看,杂交水稻对环境 Cd污染比常规水稻更加敏感。关键词:镉;植物毒性;杂交水稻;常规水稻;稻米镉含量中图分类号:X171.5 文献标识码:A 文章编号:1672-2175 (2006)06-1197-07Cd 是生物迁移性强的重金属,主要通过食物链富集危及人体健康 1。有关水稻籽粒 Cd 富集特性的品种间差异研究国内外都有不少工作 2-4。有关 Cd 对 水稻生长毒害

4、的研究,主要是 Cd 引起减产的临界浓度问题,而 Cd 对生长发育过程影响的研究尚不多见 5。并且,关于水稻吸 Cd 特性、 Cd 对生长的毒害性和对品质的影响研究结果大多基于土培或水培一次性给 Cd 的试验 条件。由于 Cd 进入土壤环境之后,其生物有效性会因平衡时间的变化而变化 6-7,而且水稻在不同生育时期对 Cd 暴露的反应可能并不相同。在现实污 染环境中,无 论是水型还是气型污染,重金属从 污染源的排放(或农民引灌污水)可能只在作物生长的某一阶段,也可能是整个生育时期。因此,如果 仅仅基于一次性添加镉试验来评价环境镉污染对水稻(作物)生长和品质的毒害影响显然具有片面性。本 试验模拟污

5、染区环境镉排放的特点,利用水培分 阶段添加镉试验,对具有不同遗传特性的两类水稻(杂交稻和常规稻)在不同生育时期处于镉胁迫环境的生物学反应和对稻米卫生品质的影响进行综合评判, 为完善环境镉污染危害评价技术提供科学依据。1 材料与方法试验设 5 种给 Cd 时期,2 种基因型水稻品种,重复 5 次。给 Cd 时期为:(1)全生育期无 Cd 培养(对照);(2)全生育期给 Cd 培养;( 3)前期(移栽孕穗分化期)给 Cd 培养;(4)中期(孕穗分化 抽穗期)给 Cd 培养;(5)后期(抽穗 成熟期)给 Cd 培养。供试品种分别为具有不稳定遗传特性的杂交水稻“威优 1126”和具有稳定遗传特性的常规

6、水稻“ 浙辐802”。水培容器为内径 17 cm、高 19 cm 的釉面陶钵。每钵盛基础营养液 4000 ml,加 5 ml 微量元素贮备液。营养液配方参照国际水稻研究所推荐 标准(表1)。给 Cd 培养 处理在陶钵中加 CdCl2,使培养液含 Cd 浓 度为 1.0 mg/L。水稻在普通泥床上育秧 25 d 后移至营养钵中。移栽前用自来水将秧苗根系夹带的泥土冲洗干净。每钵定植 5 穴,每穴 2 株,用泡沐塑料板分隔,脱脂棉固定。试验期间,每 2 d 用 400 g/L NaOH 溶液调节培养液的酸度,使 pH 值保持在 5.05.2 的范围之内。在水稻分蘖之前和腊熟期之后每 67 d 更换一

7、次培养液,分蘖至腊熟期每 3 4 d 更换一次培养液。培养液含 N 水平在水稻分蘖之前 为 2.9 mol/L;分蘖发生至分蘖盛期为 3.8 mol/L;分蘖盛期至抽穗期为 5.7 mol/L;抽穗期至腊熟期为 2.9 mol/L;腊熟期后停止供 N。水稻植株和糙米 Cd 用硝酸-高氯酸硝化,原子吸收分光光度计测定。养分含量按常 规方法测定 8。2 结果与分析1198 生态环境 第 15 卷第 6 期(2006 年 11 月)2.1 水稻不同生育期镉胁迫的生物学反应2.1.1 毒害症状在水稻生长前期(营养生长期)给 Cd,植株受害症状最先在根部出现。给 Cd 培养 6 d 后, 杂交水稻“威优

8、 1126”平均根长比对照 缩短 7.0,且根系有明显的木栓化现象;常规水稻“浙辐 802”根长比对照缩短 6.6,但外观无异常表 现。 给 Cd 培养 15 d 之后,两类水稻根系生长均出 现参差不齐现象。 3周之后,老根根基上出现大量菌 丝状根毛。到幼穗分化期(前期给 Cd 处理结束,第 26 d),杂交水稻平均最大根长为 23.4 cm,与 对照没有明显差异,但根重(干)只有 0.47 g/穴,比对照降低 17.6;常规水稻平均最大根长为 20.4 cm,比 对照缩短 12%,根重为 0.30 g/穴,比对照降低 10。地上部分的症状主要为叶片失绿,植株矮化,分蘖推迟 23 d。在给 C

9、d 培养 6 d 后,杂交水稻叶片整体呈淡绿色,略浅于对照的叶色,下部叶片叶尖干枯,株高与对照无明显差异;常 规水稻此时还没有出现明显的叶片颜色或植株形态改变。给 Cd培养 15 d 之后,水稻新叶脉间失绿变黄,叶片整体颜色呈黄绿色,而此时对照的叶片整体 颜色为深绿色。3 周之后,叶片进一步黄化,用卡敏 RS 水稻叶色卡测定叶色值仅为 3 级,对 照叶色值为 6 级。至幼穗分化期,给 Cd 处理的杂交水稻株高为 37.6 cm,比 对 照降低 27;穴平均分蘖 5.4 株,比 对照减少 17,地上部分干重 1.47 g/穴,比 对照减少31;常规水稻株高 43.0 cm,比 对照降低 14%,

10、穴平均分蘖 4.0 株,与对照相同,地上部分干重 1.47 g/穴,比对照减少 8。在中期,即水稻营养生长与生殖生 长并重期,Cd 胁迫的突出表现是,水稻营养生长繁茂,株高增加,分蘖数增多。但至成熟期考察,分蘖成穗率和单穗重均明显下降,其中杂交水稻 单穗平均重比对照下降 23,常规水稻单穗重降低 29,表明水稻生殖生长(穗分化)过程对 Cd 胁迫更为敏感,在其受到抑制之后,营养器官得到了相 对较多的营养物质,导致营养生长更为旺盛。后期(生殖生长期)Cd 胁迫主要影响水稻光合产物的转化及其向籽实转运, 导致叶色比对照浓绿,后发分蘖较多。在全生育期 Cd 胁迫环境下,植株生长瘦弱,叶片短小,中下部

11、叶片枯尖黄化严重,根短而粗,表皮糙裂,菌丝状根毛发达,抽穗期推迟 34 d。植株贪青晚熟,后期小分蘖多,穗短粒少,其中杂交水稻表现尤为突出。2.1.2 对养分吸收利用的影响为了评价 Cd 对水稻养分吸收利用的影响,将幼穗分化期和成熟期水稻植株各部分的 NPK 含量结果分别列于表 2 和表 3(下页)。从表 2 可以看出,在前期 Cd 胁迫环境下,两类水稻茎叶中的养分含量与对照比均有不同程度提高,其中杂交水稻茎叶 N 含量提高幅度最大。同时, 杂交稻根系 NPK 含量有不同程度降低,其中K 含量降低幅度最大,而常规稻根系养分含量变化规律不明显。给 Cd 处理水稻茎叶和根系对 NPK 养分的累积量

12、均比对照有所降低,其中 杂交水稻“ 威优 1126”降低幅度更显著,说 明其对 Cd 胁迫的生物学反应比常规水稻“浙辐 802”更敏感。镉胁迫导致养分累积量降低的主要原因是水稻干物质生产受阻,而不是养分吸收受到抑制。从表 3 可以看出,在 Cd 胁迫环境下,水稻成熟期茎叶 N 含量也有增加的 趋势,其中全生育期给 Cd 和中期给 Cd 两个处理茎叶 N 含量增幅达到了显著水平,而杂交稻茎叶 N 含量提高幅度又大于表 1 水稻水培液营养配方Table 1 Formula of the nutrition solution of rice culture in pot experiment元素 浓

13、度/(molL -1) 使用盐类 用量/(mgL -1) 备注N 2.9 NH4NO3 114.3P 0.32 NaH2PO42H2O 50.4K 1.0 K2SO4 89.3Ca 1.0 CaCL2 110.8Mg 1.7 MgSO47H2O 405.0基础营养液Mn 9.110-3 MnCL24H2O 1500Mo 5.210-4 (NH4)6Mo7O242H2O 42B 1.810-2 H3BO3 934Zn 1.510-4 ZnSO47H2O 35Cu 1.610-4 CuSO45H2O 31Fe 3.610-2 FeCL36H2O 7700柠檬酸(水合物) 11900微量元素贮备液元

14、素浓度为培养液浓度, 盐类用量为每升 贮备液使用的盐量王凯荣等:不同生育期镉胁迫对两种水稻的生长、镉吸收及糙米镉含量的影响 1199常规稻。此外,杂交稻全生育期、中期和前期给 Cd处理茎叶 P 含量也显著高于对照。与此相反,给 Cd培养下两类水稻糙米中的 NP 含量均显著降低,其中杂交稻糙米 NP 含量降低幅度又大于常规稻。一般认为,在正常环境下,水稻茎叶中的 NP 养分会在生育后期随碳水化合物一起向籽实转运,并以蛋白质、磷脂的形态贮存于籽粒之中。因此,到成熟期,茎叶中的 NP 含量都会明 显低于籽粒的 NP 含量。上述现象表明,Cd 胁迫对水稻植株体内营养物质的后期迁移过程产生了干扰和抑制。

15、2.1.3 对水稻生物生产量和籽实产量的影响从表 4 可以看出,Cd 胁迫对水稻光合生产力的抑制作用在生长前期最突出,中期 Cd 胁迫反而能增加水稻的干物质累积。这 可能与耗能较多的生殖生长(穗分化)受到抑制之后光合产物的净积累相对增加有关。在两类水稻中,杂交水稻的这种表现更为突出。从表 5(下页)结果可以看出,无 论杂交稻或常规稻,Cd 胁迫对 糙米产量的影响都明显大于对生物产量的影响。除了全生育期 给镉处理之外,在水稻的 3 个生育阶段,中期 Cd 胁迫使经济产量降低的幅度最大。此外,我们还可以看出,镉胁迫降低水稻籽实产量的原因不仅仅是因为水稻的光合生产能力(干物质生产)下降,也与水稻茎叶

16、中的光合产物在生长后期向籽粒迁移转化形成经济产量的过程受到破坏,以及由于颖花 败育、光合 产物“库”容减少有密切关系。以中期给 Cd 处理为例,虽然两类水稻的生物产量都比对照有所降低,但都没有达到显著水平;而有效穗数、分蘖成穗率、单穗重和经济系数降低幅度两者均达到了显著水平,最 终导表 2 前期给 Cd 培养对幼穗分化期水稻植物养分含量和累积量的影响Table 2 Effects of Cd addition in the early stage on the concentration and accumulation of NPK nutrients in the plants at sp

17、ikelet initiation stage养分含量/(gkg -1) 养分累积量/(mg钵 -1)茎 叶 根 系 茎 叶 根 系品种类型 处理N P K N P K N P K N P K无 Cd 44.2 7.5 34.3 32.6 6.7 31.4 283 48 220 55 11 53杂交水稻给 Cd 48.0 a 7.9 35.8 32.4 6.2 26.7 a 211 A 35 A 158 A 45 a 9 a 37 A无 Cd 40.8 6.7 28.0 30.0 5.9 25.1 196 32 134 30 6 25常规水稻给 Cd 41.0 7.0 28.6 32.6 6.

18、0 23.4 180 a 31 126 29 5 a 21 aa 表示 T 检验中给 Cd 处理与对照间差异达到 5显著水平;A 表示处理与对照的差异达到 1极显著水平表 3 不同生育期给 Cd 对水稻成熟期各部分养分含量的影响Table 3 Effects of Cd addition in various growth stages on the concentrations of NPK nutrients in different parts of rice plants at maturing stage gkg-1茎 叶 糙 米品种类型 处 理 N P K N P K无 Cd 对照

19、 16.6 a 4.2 a 24.3 abc 28.1 c 6.1 c 2.2 ab全期给 Cd 23.1 c 5.8 c 23.7 a 20.9 a 4.9 b 2.2 ab前期给 Cd 17.2 a 4.9 b 23.7 ab 23.6 b 4.0 a 2.4 b中期给 Cd 19.6 b 5.1 b 25.0 abc 23.3 b 4.6 b 2.3 ab杂交水稻后期给 Cd 18.1 ab 4.1 a 26.4 c 23.3 b 4.5 b 2.1 a无 Cd 对照 18.0 a 4.8 bc 23.8 ab 28.5 b 5.9 c 2.4 d全期给 Cd 22.5 c 5.0 c

20、22.4 ab 23.8 a 4.7 b 2.1 bc前期给 Cd 18.6 ab 4.8 bc 25.6 bc 25.0 a 4.8 b 2.0 b中期给 Cd 20.0 b 4.9 bc 23.4 ab 24.8 a 5.1 b 2.3 cd常规水稻后期给 Cd 18.8 ab 4.0 a 27.4 c 24.7 a 4.2 a 1.7 a同一品种栏内同列数据标示字母不同为差异达到 5的显著性水平(LSD 检验)表 4 Cd 胁迫环境下水稻各生育时期干物质生产量变化Table 4 Changes of dry matter production of rice plants in diff

21、erent growth stages under Cd exposure conditions g钵 -1移栽幼穗分化 幼穗分化抽穗 抽穗成熟品种类型 处理 生物产量 日增量 生物产量 日增量 生物产量 日增量对照 7.8 0.31 34.2 1.55 44.5 1.39杂交水稻给 Cd 5.5 A 0.22 38.4 a 1.75 39.6 a 1.24对照 5.5 0.22 34.8 1.58 32.6 1.02常规水稻给 Cd 5.0 a 0.20 37.1 ns 1.69 31.4 ns 0.98a 表示 T 检验中给 Cd 处理与对照间差异达到 5显著水平;A 表示处理与对照的差异

22、达到 1极显著水平1200 生态环境 第 15 卷第 6 期(2006 年 11 月)致糙米产量极显著降低,降低幅度分 别达到 31.2%和 34.5%。前期镉胁迫处理杂交水稻糙米产量比对照降低了 21 %,达到 显著水平;常规水稻产量比对照降低 9 %(表 5)。常 规水稻减产幅度小于杂交水稻表明常规稻对前期 Cd 毒害的修复和 补偿能力较强,如通过对生物量和单穗重的补偿等。 产量降低的主要原因是前期 Cd 胁迫影响了水稻早期分蘖 发生,使无效分蘖增加,分蘖成穗率和有效穗数下降。后期给镉处理分蘖成穗率也显著低于对照(表5),这可能与镉胁迫抑制了养分和光合 产物的转化以及向穗部的转移,过多养分

23、,特别是 N 素滞留在水稻营养器官之中,导致水稻 贪青晚熟,后 发分蘖增加有关。结合表 3 结果可知,后期施加镉处理,两类水稻茎叶中 N 的含量均高于 对照,而糙米 N含量则低于对照。后期镉胁迫 对糙米产量的损害与前期镉胁迫相近,都显著低于中期 镉胁迫的损害,这一阶段的处理只有杂交水稻产量出现显著降低,可能与杂交稻后期光合生产对籽粒产量的贡献大于常规稻的生物学特性有关。在全生育期 Cd 胁迫环境下,由于各阶段毒害效应的叠加,水稻各种经济性状指 标均显著下降,杂交稻糙米产量比对照降低 69 %,常 规稻产量降低 57 %,都达到了极显著水平(表 5)。2.2 不同生育期给镉对水稻 Cd 吸收与分

24、配的影响表 6 和表 7 分别为不同阶段给镉培养水稻幼穗分化期、抽穗期和成熟期植株各部分的 Cd 含量和 Cd 累 积量状况。可以清楚看出,杂交水稻“威优1126”和常规水稻 “浙辐 802”在 Cd 吸收和分配方面存在明显的差异性。从表 6 可知,在不加镉水培环 境下(对照), 杂交水稻“威优 1126”茎叶 Cd 含量在幼穗分化期明显高于常规水稻“ 浙辐 802”,之后逐渐降低,至成熟期低于常规水稻;而其根系 Cd 含量在各个生育时期均高于常规水稻。加镉培养 环境下,植株 Cd 含量大幅度提高。植株 Cd 含量分布特点是,从幼穗分化到抽穗期,杂交水稻茎叶 Cd 含量高于常规水稻,成熟期降低

25、至常规稻含量之下,而稻壳和糙米Cd 含量都比常规稻高,根系 Cd 含量在各个时期都是杂交稻低于常规稻。从表 7(下页)可以看出,在前期 给镉培养环境下,杂交水稻至幼穗分化期从培养液中吸收累 积表 5 不同时期给 Cd 对水稻生物量、糙米产量及产量构成因素的影响Table 5 Effects of Cd exposure in different growth stages on the yields of biaomass and brown rice, and the yield components品种类型 处理 有效穗(个/钵)分蘖成穗率()单穗重(g)生物产量(g/钵)糙米产量(g/钵

26、)经济系数无 Cd 对照 37 d 73.8 d 1.06 e 86.8 c 26.9 d 0.310 c全期给 Cd 30 a 32.9 a 0.46 a 64.4 a 8.4 a 0.127 a前期给 Cd 34 bcd 51.9 b 0.96 cd 71.5 b 21.2 c 0.297 c中期给 Cd 33 b 52.9 b 0.86 b 80.9 c 18.5 b 0.229 b杂交水稻后期给 Cd 36 bcd 66.7 c 0.93 bc 81.9 c 22.9 c 0.280 c无 Cd 对照 32 d 74.3 d 1.02 de 73.2 bc 22.3 c 0.305 c

27、全期给 Cd 24 a 32.7 a 0.59 a 65.5 a 9.6 a 0.147 a前期给 Cd 28 b 61.1 c 1.09 e 68.3 ab 20.3 c 0.297 c中期给 Cd 29 bc 52.3 b 0.81 b 80.7 c 14.6 b 0.181 b常规水稻后期给 Cd 32 d 61.9 c 0.98 cd 72.0 ab 21.7 c 0.301 c同一品种栏内同列数据标示字母不同为差异达到 5的显著性水平(LSD 检验)表 6 不同生育阶段给 Cd 处理对水稻植株各部分及糙米 Cd 含量的影响Table 6 Effects of Cd addition

28、in various growth stages on Cd concontrations in different parts of plants and brown rice mgkg-1幼穗分化期 抽穗期 成熟期处理茎叶 根系 茎叶 根系 茎叶 稻壳 糙米 根系杂交水稻无 Cd 对照 2.6 18 1.5 5.9 1.2 0.50 0.46 3.6全期给 Cd 84 684 52 539 83 38 16 703前期给 Cd 84 684 15 124 7.7 5.0 3.8 75中期给 Cd 39 370 41 19 10 272后期给 Cd 49 13 12 373常规水稻无 Cd

29、对照 2.1 27 1.4 7.7 1.4 0.39 0.48 3.8全期给 Cd 64 832 38 655 85 24 12 811前期给 Cd 64 832 9.3 133 8.0 3.4 2.7 76中期给 Cd 29 539 42 15 5.8 302后期给 Cd 56 8.8 8.6 470王凯荣等:不同生育期镉胁迫对两种水稻的生长、镉吸收及糙米镉含量的影响 1201Cd 的总量为 1.328 mg/钵,其中茎叶占 27.9,根系占 72.1;常规水稻吸收累积的 Cd 为 1.031 mg/钵,茎叶占 27.4,根系占 72.6。Cd 在茎叶和根系中的分配比例二者接近,但杂交稻吸收

30、的 Cd 比常规稻多 28.8。Cd 的日均累积率杂交稻为 0.051 mg/钵,常规稻为 0.040 mg/钵 。水稻植株在前期给镉培养时吸收的 Cd 会随生长期推进而部分地损失掉,其中 杂 交稻前期吸收的Cd 到抽穗期剩下 89.9,到成熟期只有 68.4了;常规稻前期吸收的 Cd 到抽穗期剩下 90.8,成熟期为 86.1。进一步分析可知,上述 Cd 损失主要发生在根部,地上部分 Cd 累积量甚至 还略有增加。如杂交水稻成熟期地上部分累积 Cd 总量比幼穗分化期增加了 0.014 mg/钵 (3.8),常 规稻成熟期地上部分 Cd 积累量增加了 0.051 mg/钵(18.1)(表7)。

31、水稻在幼穗分化至抽穗期(营养生长与生殖生长并重期)对 Cd 的吸收能力比前期明 显提高。在此时期给镉培养,杂交水稻对介 质 Cd 的累积速率达到 0.215 mg/d.钵,比前期的 0.051 mg/d.钵高出了3.2 倍;常规水稻对 Cd 的累积 速率为 0.221 mg/d.钵,比前期的 0.040 mg/d.钵提高了 4.5 倍。 杂交水稻在中期吸收 Cd 的速率和总量虽 然略低于常规水稻,但其茎叶中 Cd 的累积量却比常 规稻高出 41.6,而根系中 Cd 的累积量比常规 稻低 14.9。根系中的 Cd 还 会随着水稻生育期推 进不断向地上部迁移。中期加镉处理杂交水稻到成熟期时,地上部

32、分 Cd累积量由抽穗期的 1.470 mg/钵增加到了 2.113 mg/钵, 净增加 0.643 mg/钵,而根系 Cd 累积量相应地从 3.256 mg/钵 减少到了 2.720 mg/钵, 净减少 0.536 mg/钵;常规水稻从抽穗到成熟期地上部分 Cd 累积量增加了 1.164 mg/钵,根系 Cd 累积量则下降了0.837 mg/钵。杂交稻成熟期地上部分累 积 Cd 量占总量的 43.7,常规稻占 42.4 ,两者之 间没有显著差异(表 7)。抽穗至成熟期(后期)是早稻经历时间最长的生育阶段。在这一阶段给镉培养,杂交稻和常规稻的 Cd 累 积速率分别为 0.203 mg/d.钵和

33、0.195 mg/d.钵,比中期分别降低了 5.6和 11.8,但比前期分别高出了近 3 倍和 4 倍。此期 杂交稻吸收的 Cd 有34.1分布在地上部分(成熟期),比中期和前期给Cd 条件下地上部分 Cd 的累积率分别高出 3.0和6.2;常规稻吸收的 Cd 有 32.9分布在地上部分,比中期和前期给 Cd 条件下分 别高 11.6和5.5(表 7)。在水稻全生育期给 Cd 培养下,由于植株各个时期吸收 Cd 的累加效应,体内 Cd 的净累积量最高。杂交水稻成熟期的 Cd 累积总量为 11.107 mg/钵,其中地上部分占 32.9;常 规稻为 11.779 mg/钵,其中地上部分占 31.

34、8(表 7)。但是,由于全生育期给 Cd 对水稻生理毒害程度也最大,植株生 长发育差,不仅营养物质的吸收受到影响,也降低了对 Cd 的吸收能力。如果将水稻前、中、后三个阶段分别给镉培养时吸收 Cd 量相加作 为水稻全生育期吸 Cd 能力的特征值,那么在全期给 Cd 培养环境下,杂交稻所吸收的 Cd 比其特征值(12.564 mg/钵)减少了 11.6,而常规稻吸收的 Cd 仅比其特征值(12.126 mg/钵 )减少了 2.9,从另一个侧面说明杂交水稻“威优 1126”对镉胁迫的生理敏感性比常规水稻“浙辐 802”要强。此外,我们可以根据上述特征值计算出水稻在各个生育阶段吸收 Cd 的相对比重

35、,结果是,杂交稻前期吸收 Cd 占总量的 10.6%,表 7 不同生育时期给镉对两种基因型水稻植株 Cd 累积的影响Table 7 Effect of Cd addition in different growth stages on Cd accumulation by the two genotypes of rice plants mg钵 -1幼穗分化期 抽穗期 成熟期给 Cd 时期 茎叶 根系 合计 茎叶 根系 合计 茎叶 稻壳 糙米 根系 合计杂交水稻无 Cd 0.017 0.031 0.048 0.051 0.048 0.099 0.046 0.006 0.012 0.033 0.

36、097全期 0.370 0.958 1.328 1.149 3.072 4.221 3.312 0.209 0.134 7.452 11.107前期 0.370 0.958 1.328 0.376 0.818 1.194 0.246 0.057 0.081 0.525 0.909中期 1.470 3.256 4.726 1.738 0.190 0.185 2.720 4.833后期 1.808 0.138 0.275 4.289 6.510常规水稻无 Cd 0.010 0.027 0.037 0.049 0.045 0.094 0.047 0.004 0.011 0.027 0.089全期 0

37、.282 0.749 1.031 0.889 3.406 4.295 3.527 0.108 0.115 8.029 11.779前期 0.282 0.749 1.031 0.231 0.705 0.936 0.243 0.035 0.055 0.555 0.888中期 1.038 3.827 4.865 1.982 0.135 0.085 2.990 5.192后期 1.775 0.085 0.187 4.183 6.2301202 生态环境 第 15 卷第 6 期(2006 年 11 月)中期吸收 Cd 占 37.6,后期吸收 Cd 占 51.8;常规稻这三个阶段吸收 Cd 占总 量的比例

38、分别是8.5%、40.1和 51.4。很显然,两类水稻在抽穗以后吸收的 Cd 都占了总量的 51以上,符合植物吸收 Cd 与其干物质生产、积累以及物质流通量相关的推测 9。2.3 不同生育时期给镉对稻米卫生品质的影响卫生品质是指作物可食部分中污染物质含量状况,通常以国家颁布的食品 卫生标准为依据进行评判。我国原粮含 Cd 的卫生标准为0.2 mg/kg(GBn23884)。从表 6 可以看出,在水培条件下,即使不添加 Cd,糙米 Cd 含量亦超过了我国食品卫生标准,这是因为水稻具有 较强的富集水体中痕量 Cd 并向籽粒转移的能力 10。本试验水培液中的 Cd 可能主要来源于配制 营养液的化学试

39、剂。水稻在不同生育阶段吸收的 Cd 对稻米卫生品质的影响程度是不同的。给 Cd 时间越接近成熟期,对糙米卫生品质的影响就越严重。在同等 Cd 胁迫环境下,杂交水稻米质受损害的程度又 显著大于常规水稻(表 6)。稻米 Cd 含量与水稻吸收 Cd 总量多少有密切关系。相关分析表明,糙米 Cd 含量与水稻吸收 Cd 的总量之间的相关系数,杂交稻为0.975,常规稻为 0.981,均达到了显著水平。因此,降低稻米 Cd 含量可以通过抑制水稻 对环境 Cd 的吸收总量。鉴于水稻在中期吸收 Cd 的速率最快,后期的吸 Cd 量最大,因此,在 Cd 污染环境下加强对水稻中、后期的保护性管理尤 为重要。从表

40、7 也可看出,无论在水稻的哪个生育 阶段施加镉,糙米 Cd 的累积率(糙米 Cd 量占植株 Cd累积总量的比率)都是杂交水稻高于常规水稻。 说明杂交水稻能够将吸收的 Cd 更多地转移到籽粒之中,这种 Cd 高效 转运机制可能比 Cd 高效吸收机制对杂交水稻稻米卫生品质的损害可能更为重要 11。3 结论(1)在水培环境下,水稻对镉胁 迫的反应因生育期不同而异。在幼穗分化之前,镉毒害反应主要表现为降低光合生产能力,影响 NP 的生理效应,导致水稻植株营养生长不良;在幼穗分化至抽穗期,镉胁迫主要抑制水稻幼穗分化与发育, 导致营养生长过盛,颖花败育率高,穗少而小;抽穗之后,镉胁迫主要阻碍碳水化合物和

41、NP 养分向穗部迁移和转化,导致水稻植株贪青晚熟,后发分蘖多,成穗率降低。从产量形成来看,幼穗分化抽穗期是水稻对 Cd 胁 迫反应最敏感时期,其后依次是移栽至穗分化期和抽穗至成熟期。杂交水稻 “威优 1126”比常规水稻“浙辐 802”对 Cd 胁迫反应更敏感,各 时期给镉处理的糙米产量降幅为 14.9%68.8%,平均34.0%;常规稻的产量降幅为 2.7%57.0%,平均25.8%(表 5)。(2)水稻在前、中、后三个生长时期对环境 Cd的吸收能力各异,吸 Cd 速率为中期后期前期。水稻在前一时期吸收滞留于根系中的 Cd 能够在生长过程中部分地转移到茎叶,并最 终进入籽粒之中。糙米中 Cd

42、 的含量受水稻植株吸收 Cd 的总量和茎叶 Cd 向籽粒转移效率的双重影响。杂交水稻“威优 1126”对全期和中期添加镉的吸收总量比常规水稻“浙辐 802”分别低 5.7%和 6.9%,而 对前期和后期添加镉的吸收总量分别比常规稻高 2.4%和4.5%,从整体上看,杂交稻对镉的吸收能力与常规水稻相近(表 7)。但是,杂交水稻地上部分累积的镉占总吸收镉量的比例比常规水稻高4.9%21.8%,平均 9.5%;籽粒(糙米和稻壳)部分的镉与茎叶部分镉的比例比常规稻高 49%95%,平均 65 %;糙米 Cd 含量比常规 稻高 33%72%,平均46 %(表 6)。因此,从 对稻米 卫生品质的损害来看,

43、杂交水稻“威优 1126”对环境 Cd 污染也比常规水稻“浙辐 802”更为敏感。参考文献:1 ARAO T, AE N, SUGIYAMA M, et al. Genotypic differences in cadmium uptake and distribution in soybeans J. Plant and Soil, 2003,251: 247-253.2 李坤权, 刘建国, 陆小龙, 等. 水稻不同品种对镉吸收及分配的差异 J. 农业环境科学学报, 2003, 22 (5): 529-532.LI Kunquan, LIU Jianguo, LU Xiaolong, et

44、al. Uptake and distribution of cadmium in different rice cultivars J. Journal of Agro-Environmental Science, 2003, 22 (5): 529-532.3 吴启堂, 陈卢, 王广寿. 水稻不同品种对 Cd 吸收累积的差异和机理研究 J. 生态学报, 1999, 19 (1): 104-107.WU Qitabg, CHEN Lu, WANG Guangshou. Differences on Cd uptake and accumulation among rice cultivars

45、 and its mechanism J. Acta Ecologica Sinica, 1999,19 (1): 104-107.4 MORISHITA T, FUMOTO N, YOSHIZAWA T, et al. Varietal differences in cadmium levels of rice grains of japonica, indica, javanica and hybrid varieties produced in the same plot of a field J. Soil Science and Plant Nutrition, 1987, 33:

46、629-637.5 川上润一郎. 重金属对水稻的影响 J 郭学兴, 译. 国外农业科技, 1982(8): 17-21.KAWAUE O. Effects of heavy metals on rice plants J. Translated by GUO Xuexing. Agricultural Science and Technology Overseas, 1982(8): 17-21.6 AINSWORTH C C, PILON J L, GASSMAN P L, et al. Cobalt, cadmium and lead sorption to hydrous iron ox

47、ide: residence time effect J. Soil Science Sociaty of American Journal, 1994, 58: 1615-王凯荣等:不同生育期镉胁迫对两种水稻的生长、镉吸收及糙米镉含量的影响 12031623.7 MCLAREN R G, BACKES C A, RATE A W, et al. Cadmium and cobalt desorption kinetics from soil clays: Effect of sorption period J. Soil Science Sociaty of American Journal

48、, 1998, 62: 332-337.8 中国科学院南京土壤研究所. 土壤理化分析M. 上海: 上海科技出版社, 1978.Institute of Soil Sciences, the Chinese Academy of Sciences (ISS). Soil Physical and Chemical Analysis M. Shanghai: Shanghai Science and Technology Publisher, 1978.9 蔡保松, 张国平. 大/小麦对镉的吸收/运输及在籽粒中的积累 J. 麦类作物学报, 2002, 22 (1): 82-86.CAI Baosong, ZHANG Guoping. Cadmium uptake/transfer and its accumulation in the grains of barley and wheat J. Journal of Triticeae Crops, 2002, 22 (1): 82-86.10 谷山铁郎. 作

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 生活休闲 > 社会民生

本站链接:文库   一言   我酷   合作


客服QQ:2549714901微博号:道客多多官方知乎号:道客多多

经营许可证编号: 粤ICP备2021046453号世界地图

道客多多©版权所有2020-2025营业执照举报