砷对玉米产量、品质及生理特性的影响

论文摘要

本试验于2006～2007年在山东农业大学玉米科技园和作物生物学国家重点实验室进行。本研究采用大田和盆栽相结合,田间试验和室内生理生化测定相结合的技术路线。通过对两种类型玉米（普通玉米郑单958、糯玉米京紫糯218）进行重金属元素砷（As）胁迫,在多浓度砷处理条件下,系统研究产量、品质、光合特性、抗性酶系统及微观结构,主要研究结果如下:1砷对玉米产量和叶片光合性能的影响生物产量和子粒产量在砷作用下有类似规律,低浓度处理（A2）,生物产量和子粒产量不同程度的升高;高浓度处理条件下（A3、A4）,则呈现下降趋势,处理浓度越高则下降越多,A3、A4处理产量显著低于CK。最高生物产量和子粒产量都出现在处理浓度A2。当土壤砷浓度达到200mg/kg以上,玉米种子萌发和幼苗的生长受到严重影响,干物质积累量极低,不能开花结实,甚至死亡。在低浓度砷（A2）条件下,刺激玉米植株生长和提高光合性能,具体表现为:叶片叶绿素总量增加,玉米叶面积指数增大,穗位叶光合速率提高,实际光化学效率和电子传递速率增加。随着砷浓度的提高（A3、A4）,抑制玉米的光合性能,具体表现为:叶片叶绿素总量减少,玉米叶面积指数降低,穗位叶光合速率下降,同时实际光化学效率和电子传递速率显著降低。2砷对玉米子粒品质影响砷对玉米子粒品质影响显著。粗蛋白、粗脂肪和淀粉总量随着砷浓度的提高先增加后降低,支链淀粉和直链淀粉比例降低。砷对玉米子粒RVA的高峰黏度、低谷黏度、最后黏度和反弹值影响较大,而对糊化温度影响较少。砷对两个品种的RVA特性影响结果不一致,这可能与品种淀粉性质不同造成的。砷显著影响玉米淀粉粒度分布。砷胁迫严重抑制淀粉粒发育充实,小体积淀粉粒组增加,大体积淀粉粒组显著减少,大粒径淀粉粒数目减少。3砷对玉米生育特性和植株性状的影响低浓度的（A2）砷刺激玉米植株的生长发育,株高、茎粗增加,叶面积指数升高。高浓度砷胁迫下,玉米植株矮小,穗位高、茎粗降低,根系发褐发黑,叶片失绿发黄,植株长势弱;玉米穗分化过程缓慢,雄穗抽出困难甚至被叶片包裹,开花期后移,花期缩短,植株成熟期延迟。4砷对玉米幼苗活性氧代谢及膜脂过氧化的影响砷进入细胞后,植株通过提高体内的活性氧清除酶的活性来减轻砷的毒害作用。砷胁迫下,玉米叶片抗氧化酶系统的SOD、POD、CAT活性变化规律相似,随着砷浓度的升高,呈单峰曲线变化,峰值出现在6-8mg/kg之间。根系SOD、POD活性随着砷浓度的升高逐渐增加,CAT活性先增加后降低,峰值出现在8mg/kg。根系POD、CAT活性高于叶片,反映出砷胁迫产生不同类型氧自由基,在根叶中有不同程度的清除作用。砷胁迫导致膜脂过氧化作用发生,处理浓度越高,则膜脂过氧化作用越强。MDA随着砷浓度的升高而增加,根系中MDA含量高于叶。5砷对玉米超微结构的影响砷胁迫下,玉米正常碳代谢过程紊乱,叶片中淀粉质体内淀粉的合成受到抑制,从而无法提供充足的有机物满足子粒灌浆的需要。高浓度的砷破坏叶肉细胞叶绿体结构,细胞内脂类小滴增多增大,叶绿体膜系统被破坏。砷胁迫下,植株细胞壁上积累大量的砷,阻碍凯氏带的生理功能,可能使叶片正常水分代谢和矿质离子运输紊乱,营养物质向外扩散。植物络合素（PCs）在砷的解毒机制中发挥较重要的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究目的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 环境中的砷
• 1.2.2 砷对玉米生长发育的影响
• 1.2.3 砷对作物毒害的机制和作物耐重金属机理
• 1.2.4 砷对作物毒害的影响因素及改良措施
• 2 材料与方法
• 2.1 试验设计
• 2.2 测定项目及方法
• 2.3 数据分析
• 3 结果与分析
• 3.1 砷对玉米产量与光合性能的影响
• 3.1.1 产量
• 3.1.1.1 干物质积累
• 3.1.1.2 子粒产量
• 3.1.2 光合性能
• 3.1.2.1 各生育时期光合色素含量
• 3.1.2.2 叶面积指数
• 3.1.2.3 光合速率
• 3.2 砷对玉米子粒品质的影响
• 3.2.1 淀粉特性
• 3.2.2 粗蛋白
• 3.2.3 粗脂肪
• 3.3 砷对玉米生长发育的影响
• 3.3.1 生育特性
• 3.3.1.1 生育期
• 3.3.1.2 株高及穗位高
• 3.3.1.3 茎粗
• 3.3.1.4 根冠比
• 3.3.2 成熟期叶片氨基酸含量及组成
• 3.4 砷对玉米幼苗活性氧代谢及膜脂过氧化的影响
• 3.4.1 SOD
• 3.4.2 CAT
• 3.4.3 POD
• 3.4.4 MDA
• 3.4.5 可溶性蛋白
• 3.5 砷胁迫下玉米超微结构的变化
• 3.5.1 淀粉质体
• 3.5.2 叶绿体
• 3.5.3 凯氏带和植物络合素
• 4 讨论
• 4.1 砷对玉米产量与品质的影响
• 4.1.1 砷对玉米产量的影响
• 4.1.2 砷对玉米品质的影响
• 4.2 砷对玉米生育特性的影响
• 4.3 砷对玉米光合性能的影响
• 4.4 玉米耐砷机制
• 5 结论
• 5.1 低浓度砷的刺激作用
• 5.2 高浓度砷的抑制作用
• 5.3 砷对玉米幼苗活性氧代谢及膜脂过氧化的影响
• 5.4 植物络合素-砷的解毒剂
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文