锌和锰对水稻镉吸收转运特性的影响

摘要

近年来，中国农田稻米镉(Cd)污染问题受到了越来越多的关注，利用施肥技术和叶面调控等综合农艺措施抑制镉从农田土壤向水稻地上部和稻米中的转运成为研究热点。锌和锰是水稻生长发育所必需的微量元素，本研究通过增加水稻根际环境中的锌锰浓度或叶面喷施锌锰肥料，探讨锌和锰对水稻幼苗中镉吸收积累的影响，以及镉在水稻成株各部位中吸收积累转运特性。主要研究结果如下: 1.锌和锰能够有效地缓解Cd对水稻幼苗生长所产生的毒害作用以及能够维持细胞内代谢的平衡。与对照相比，培养液中添加2.7μmol·L-1CdCl2明显抑制了水稻幼苗的生长，降低了根系和地上部中可溶性蛋白的含量，同时降低了根系P-ATP酶和V-ATP酶的活性，但是显著增加了根系中游离氨基酸的含量。Cd对水稻幼苗生长所产生的毒害作用在锌和锰同时被加入到营养液中得到了显著的缓解，与单施镉处理相比，锌锰互作处理使根系和地上部可溶性蛋白含量分别增加，并使水稻幼苗根系Ⅴ-ATP酶的活性恢复到与对照相同的水平，同时根系中游离氨基酸含量也恢复到与对照相同的水平。 2.锌和锰对水稻幼苗体内各部位中的镉含量以及各部位中其他必需元素的吸收积累有着显著的影响。在水培溶液中添加0.2mmol·L-1的锌或0.8mmol·L-1的锰对水稻幼苗体内的Cd积累有明显的抑制效果，与单施镉的处理相比，锌和锰的共存使水稻幼苗根系中的镉含量降低了71.9％，使镉在地上部中的含量降低了49.2％，锌和锰同时添加到含有Cd的营养液中还消除了Cd对植物生长所需的微量营养元素Mn、Fe、Zn等的吸收积累产生的抑制作用。 3.营养液中添加钆(Gd)能够显著地抑制镉在水稻幼苗体内的吸收、积累和转运。将0.1mmol·L-1Gd添加到含有Cd的培养液中，降低了根系和地上部中的可溶性蛋白含量;同时添加锌、锰、钆(Cd+Mn+Zn+Gd)使根系和地上部Cd含量分别降低89.5％和69.9％，微量元素Mn、Fe、Zn在水稻幼苗根系中的吸收积累也由于Gd的添加受到了明显的抑制，同时根系和地上部中PCs的含量也明显地增加。 4.叶面喷施硫酸锌能有效抑制Cd从营养器官向稻米的转运。在Cd污染程度相同的农田中，Cd在晚稻各器官中的含量明显高于其在早稻各器官中的含量，早稻和晚稻穗下节中的Cd含量是旗叶和穗轴中Cd含量的10倍左右。开花期叶面喷施5和10mmol·L-1的硫酸锌使晚稻和早稻籽粒中的Cd含量，同时还显著降低了晚稻和早稻穗轴以及穗下节中的镉含量;Cd在籽粒中的含量与Cd在倒二节和穗下节中的含量呈极显著的正相关。 5.叶面喷施硫酸锌能够显著影响Ca、Mn、K、Zn等营养元素在籽粒中的吸收和积累。喷施5和10mmol·L-1的硫酸锌使晚稻籽粒中的Zn含量分别增加13.8％和44.6％，早稻籽粒中的Zn含量分别增加39.0％和47.9％;喷施10mmol·L-1的硫酸锌还显著降低了早稻和晚稻籽粒中的K、Ca、Mn元素含量。