论文摘要
近年来,土壤污染成为全球性的环境问题,重金属的复合污染问题已经引起国内外学者的普遍关注。水稻是中国乃至全亚洲国家的主要粮食作物,Cd、As又易于在水稻籽粒中积累,然而,对重金属在水稻体内吸收转运的机理及元素间的相互作用仍存在较多的争议。本研究综合土培、水培和砂培等培养条件,以水稻为试验材料,较为系统的研究了在不同培养条件下Cd、As胁迫对水稻生长的影响、Cd、As在水稻体内的相互作用及吸收分配,通过添加硅、钙肥来减少Cd、As向水稻地上部特别是籽粒中的转运,结合透射电镜观察Cd、As胁迫下水稻根部细胞的亚细胞结构和重金属沉积情况,探索影响Cd、As向水稻地上部转运的生物学机制。主要研究结果如下:1经Cd、As单一及复合污染处理后,水稻生长受到严重的影响,在As浓度为4 mg·L-1,Cd浓度为0.5 mg·L-1时,苗期水稻根的生物量为对照的51.7%;茎叶的生物量为对照的42.6%。而且4 mg·L-1As的单一和复合处理对株高、穗长、千粒重、每穗实粒数和产量等农艺性状的影响也极为显著（p＜0.01）。Cd、As之间存在拮抗作用,As减少了水稻对Cd的吸收。随着As浓度的增加,植株的根部、茎叶、糙米和谷壳中的Cd含量呈降低趋势。2增加营养液中的亚铁离子浓度缓解了4 mg·L-1水平的As处理对水稻茎叶生长的抑制。与单一Cd、As污染相比,在Cd、As复合污染条件下,增加水稻根表铁的富集,与0 mg·L-1Fe2+水平相比,50 mg·L-1水平的茎叶干物重提高了19.4%。Fe2+减少了水稻对Cd的吸收,在50 mg·L-1Fe2+水平时,茎叶中的Cd浓度为0 mg·L-1Fe2+水平的16.7%。同时,Fe2+减少了水稻对As的吸收,在30 mg·L-1Fe2+和50 mg·L-1 Fe.（2+）水平时茎叶的As含量分别为0 mg·L-1Fe2+水平的59.2%和52.2%。3比较淹水、饱和含水量、75%饱和含水量三种不同水分处理对Cd、As交互下水稻茎叶和根部Cd、As含量影响发现,在淹水时水稻各部位的Cd、As含量较低。4 Cd、As单一胁迫显著影响了水稻在红壤上的生长发育,降低了水稻的生物量,而Cd与As共同作用时则表现为拮抗作用,与单一Cd、As处理相比,复合处理的水稻叶片SOD和POD酶活性升高,GSH和ASA含量也显著增加,在水稻成熟期,汕优63和武育粳3两个水稻品种的稻谷产量都增加,同时,复合污染处理显著降低了水稻茎叶和籽粒对Cd、As的富集,茎叶处理之间差异显著。5红壤中添加了碳酸钙和硅酸钠以后,促进了苗期水稻的生长,尤其在处理后20天和40天时生物量增加显著,而且水稻根部和地上部对Cd、As的吸收减少。同时,碳酸钙和硅酸钠处理增加了两个水稻品种的株高、穗长、每穗的实粒数和千粒重,但高量的碳酸钙和硅酸钠减少了两个水稻品种的有效分蘖数,不利于水稻的干物质积累。添加碳酸钙和硅酸钠处理显著降低了两个水稻品种茎叶、根、糙米和谷壳的Cd含量（P＜0.05）,同时,各部分的As含量也呈降低趋势,且随着添加量的增加,降低幅度显著。6水稻幼苗加硅处理增加了Cd、As胁迫下水稻根部SOD、POD和PPO三种酶的活性,在50μM As处理水平下,加硅处理水稻根的SOD、POD和PPO的活性分别比不加硅处理增加了60.7%、49.8%和19.2%;在100μM As处理水平分别提高了21.9、21.8%和22.6%。水稻加硅缓解了Cd、As胁迫对光合作用产生的抑制,减少了Cd、As胁迫造成的根细胞的细胞死亡程度,缓解了Cd、As胁迫造成细胞器的损伤。在Cd、As胁迫的细胞壁上,还观察到分布较为规律的颗粒沉积。
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摘要ABSTRACT第一章 文献综述1.1.土壤-植物系统的镉砷污染的现状及危害1.1.1 镉砷污染的来源与污染现状1.1.1.1 镉砷污染造成的环境危害1.1.1.2 我国农业土壤镉砷污染的现状1.1.2 Cd污染对土壤-植物系统的危害1.1.2.1 Cd污染对土壤微生物活性影响1.1.2.2 Cd影响植物生长的毒性机理1.1.2.3 Cd在水稻体内的吸收和转运1.1.3 As污染的危害1.1.3.1 As污染对土壤微生物活性影响1.1.3.2 As对植物生长的危害1.1.3.3 As在植物体内的吸收转运1.1.4 重金属元素之间的交互作用1.2 Cd、As污染土壤的治理1.2.1 外源物质对植物吸收Cd、As的影响及其生理效应1.2.1.1 石灰对Cd吸收的影响及生理效应1.2.1.2 硅对Cd吸收的影响及生理效应1.2.1.3 铁膜对Cd、As吸收的影响及生理效应1.2.2 Cd、As污染的微生物修复1.2.3 Cd、As污染的植物修复1.3 研究思路1.4 技术路线第二章 镉砷交互作用对水稻苗期和收获期生长及水稻对Cd、As吸收的影响2.1 引言2.2 材料与方法2.2.1 植株培养2.2.2 蛋白质含量的测定2.2.3 苯丙氨酸解氨酶（PAL）和多酚氧化酶（PPO）酶活性的测定2.2.4 根表铁含量测定2.2.5 Cd、As测定2.2.6 数据分析2.3 结果与分析2.3.1 Cd、As单一及复合污染处理对水稻苗期生长的影响2.3.1.1 对苗期水稻生物量的影响2.3.1.2 水稻苗期不同部位Cd、As的积累和分配2.3.1.3 水稻苗期水稻根表铁含量及对水稻吸收Cd、As的影响2.3.1.4 对苗期水稻根部PPO和PAL活性的影响2.3.2 Cd、As处理对水稻成熟期产量性状及Cd、As吸收的影响2.3.2.1 对水稻成熟期籽粒产量等主要农艺性状的影响2.3.2.2 对水稻成熟期生物产量的影响2.3.2.3 水稻收获期不同部位Cd的积累和分配2.3.2.4 水稻成熟期不同部位As的积累和分配2.3.2.5 糙米Cd、As含量与主要农艺性状的关系2.4 讨论第三章 铁对Cd、As在水稻体内累积的影响3.1 引言3.2 材料与方法3.2.1 植株培养3.2.2 样品的采集及分析3.2.3 Cd、As测定3.2.4 统计分析3.3 结果与分析3.3.1 不同外源铁浓度对Cd、As处理下水稻生物量的影响3.3.2 不同外源铁浓度对Cd、As处理下水稻根表铁含量的影响3.3.3 不同外源铁浓度对Cd、As处理下水稻Cd、As含量的影响3.4 讨论第四章 水分状况对Cd、As在水稻体内累积的影响4.1 引言4.2 材料与方法4.2.1 植株培养4.2.2 样品采集4.2.3 Cd、As测定4.3 结果与分析4.3.1 不同水分处理对水稻植株水分蒸腾的影响4.3.2 不同水分条件对Cd、As处理下水稻生物量的影响4.3.3 不同水分条件对Cd、As处理下水稻Cd、As含量的影响4.4 讨论第五章 红壤中Cd、As交互作用对水稻生长及Cd、As累积的影响5.1 引言5.2 材料与方法5.2.1 植株培养5.2.2 Cd、As测定5.2.3 蛋白质含量的测定5.2.4 丙二醛（MDA）的测定5.2.5 超氧化物岐化酶（SOD）活性测定5.2.6 过氧化物酶（POD）活性的测定5.2.7 抗坏血酸（AsA）含量的测定5.2.8 谷胱甘肽含量的测定5.2.9 统计分析5.3 结果与分析5.3.1 对苗期水稻根部和地上部生物量的影响5.3.2 对水稻苗期Cd、As吸收分配的影响5.3.3 对苗期水稻叶片抗氧化系统的影响5.3.4 Cd、As处理对水稻产量等农艺性状的影响5.3.5 不同水稻品各器官中的Cd、As含量及分配5.3.6 不同Cd、As处理对水稻Cd、As富集的影响5.4 讨论第六章 硅钙对Cd、As胁迫下水稻Cd、As的积累和分配的影响6.1 引言6.2 材料与方法6.2.1 植物培养6.2.2 Cd、As测定6.2.3 数据分析6.3 结果与分析6.3.1 碳酸钙和硅酸钠对水稻生长动态变化的影响6.3.2 碳酸钙和硅酸钠对水稻Cd吸收动态变化的影响6.3.3 碳酸钙和硅酸钠对水稻As吸收动态变化的影响6.3.4 不同量的碳酸钙和硅酸钠对红壤pH动态变化的影响6.3.5 碳酸钙、硅酸盐对成熟期水稻稻谷产量的影响6.3.6 碳酸钙、硅酸盐对成熟期水稻生物产量的影响6.3.7 碳酸钙、硅酸钠对水稻部分农艺性状的影响6.3.8 碳酸钙和硅酸钠对成熟期水稻各部分Cd、As吸收积累的影响6.4 讨论第七章 硅缓解Cd、As毒害的生理效应研究7.1 引言7.2 材料与方法7.2.1 植物培养7.2.2 Cd、As测定7.2.3 木质素的测定7.2.4 木质素染色方法7.2.5 细胞死亡鉴定7.2.6 光合作用参数测定7.2.7 透射电镜样品的制备7.2.8 数据分析7.3 结果与分析7.3.1 硅对Cd、As单一胁迫下水稻苗期生长和酶活性的影响7.3.2 硅对单一Cd、As污染下水稻幼苗的根部细胞死亡鉴定7.3.3 硅对单一Cd、As污染下水稻幼苗光合作用的影响7.3.4 硅对Cd、As胁迫下水稻幼苗根尖细胞超微结构的损伤的影响7.4 讨论全文结论参考文献本论文创新之处致谢攻读学位期间发表的学术论文
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