水稻对重金属镉和铅的吸收和运转及栽培环境的影响研究

摘要

重金属污染对农业生产和生态环境的影响随着现代社会的发展愈加严重，很多地区已明显影响到农产品的安全生产。本研究以我国最主要粮食作物的水稻为研究对象，通过不同类型水稻品种对重金属镉和铅的积累特征的观察，分析水稻品种的重金属镉和铅的积累和分配特征的差异类型。选择不同吸收特性的代表性品种材料，进一步观察栽培环境条件对水稻的重金属吸收、积累和分配的影响，并对若干影响水稻植株重金属吸收和分配的生理指标进行了探讨，以期获得对土壤重金属污染条件下水稻吸收和积累重金属元素镉和铅的品种间差异的基础知识，并得到栽培活动对水稻重金属元素积累的影响的新认识。主要结果如下： 1.水稻不同品种(类型)对重金属镉和铅的积累均可见很大的品种间差异。镉积累强度的平均水平籼稻超过杂交稻，杂交稻超过粳稻。常规籼粳品种中均存在对镉吸收和分配的丰富的基因类型。在糙米中也存在同样表现。但品种的分布偏于低积累类型，在100 μg.g<'-1>的土壤处理条件下，供试品种中有84％的品种糙米镉含量低于1.0 μg.g<'-1>，显示在选择低糙米镉积累的遗传资源上可有较大的空间。以茎鞘中镉浓度及其相应的糙米中镉浓度为指标，进行聚类分析的结果，供试材料可以划分为4个类型，第Ⅰ类基因型称之为糙米富积累型，第Ⅱ类称之为糙米低积累型，第Ⅲ类称之为拒吸型，第Ⅳ类称之为富集型。对于重金属铅的积累，同样可见丰富的品种类型。籼型品种的积累高于粳型品种，杂交稻稍高于粳稻。1000 μg.g<'-1>的土壤处理浓度下有80％的品种糙米铅浓度在0.1-0.9μg.g<'-1>。聚类分析的结果，水稻铅积累的类型也存在4种类型。 2.氮素施肥对重金属的生物学效应以及水稻植株对重金属的吸收和积累有显著的影响。施肥水平对水稻三个生育时期的重金属镉在干物质生产方面的作用效应均有显著影响，对重金属的产量效应也存在显著的作用。较高浓度镉处理条件下，产量多有显著下降，氮素施肥能够减少这种产量的下降效应。观察氮素施肥对水稻植株镉的积累显示，氮素施肥对水稻各生育期镉的积累均可见显著影响，高施肥水平对水稻全生育期镉的积累表现显著促进和无显著影响的两种品种类型。氮素施肥对隔吸收的影响品种间差异较大，但表现促进各部分镉的积累的品种较多，在谷粒中促进糠层中的增加一般较精米为明显。在铅的积累方面，亦可看到同样的表现趋势.氮素施肥对水稻不同生育时期的重金属铅的生物学效应有显著的影响，且这种影响因品种不同有显著差异。从干物质总生产分析，施肥对水稻在铅胁迫条件下的生长影响呈现(Ⅰ)生长修复型和(Ⅱ)反应迟钝型的两种类型。土壤铅处理条件下，除日本晴和两优培九外，其他7个品种产量都表现下降。氮素施肥对Pb处理下的各品种产量有较为明显的增加，显示出氮素施肥对重金属铅的伤害有明显的修复效应。施肥对水稻植株铅积累的影响因品种而有差异。主要表现促进其积累和无显著变化两种类型。高施肥水平促进其铅吸收的品种中对茎和精米两大部分也有同步促进和非同步促进的不同情况。 3．水分胁迫处理对重金属镉和铅的生物效应表现显著的影响，且因品种而有不同，总体上水分处理对大多数品种重金属镉和铅胁迫下的干物重有显著的抑制作用。水分胁迫多表现加剧水稻产量在镉和铅胁迫条件下的下降或无显著影响。水分处理对水稻全生育期各部分镉和铅的积累表现显著作用，在镉的积累中，水分胁迫多促进水稻植株和籽粒镉的积累，但品种间差异较大，也出现少数表现抑制的品种材料。水分处理对水稻植株以及谷粒中铅的浓度也有显著影响，但类型较多，表现促进、不变、抑制的品种均有存在。水分胁迫对精米中Pb的积累影响较小，但对糠层Pb的积累在较多品种中可见显著的促进作用。 4．土壤在重金属镉和铅处理条件下，水稻若干形态生理指标都可见显著的变化，但影响程度因品种而有较大差异，镉和铅的影响趋势较为一致。在胁迫条件下，株高、茎蘖数有明显下降趋势；根系活力下降，且可见与植株重金属积累量存在显著的负相关；根系分泌物电导率上升，且可见与植株重金属积累量存在显著的正相关；叶片丙二醛(MDA)和游离脯氨酸含量升高；叶片可溶性糖含量增加，且可见与植株重金属积累量存在显著的正相关。

目录

文摘

英文文摘

1.引言

1.1我国农田重金属污染的现状

1.2镉和铅污染的主要来源

1.3重金属镉和铅的危害

1.4水稻对重金属元素的吸收与分配

1.5植物对镉和铅吸收的机理

1.6重金属铅镉污染的生理生化效应

1.7重金属污染的治理

1.8本研究的目的意义

2.材料与方法

2.1实验一水稻不同品种对铅镉吸收差异的研究

2.2实验二栽培环境条件对水稻品种积累重金属铅和镉的影响

2.3实验三铅和镉胁迫处理对水稻若干形态生理指标的影响

3结果和分析

3.1水稻对重金属吸收和积累的品种间差异及其类型分析

3.1.1水稻对镉的吸收和积累

3.1.2水稻对铅的吸收和积累

3.2栽培条件对水稻生长的重金属镉胁迫效应的影响

3.2.1施肥对重金属镉处理下的水稻物质生产和产量形成的影响

3.2.2水分条件对重金属镉处理下的水稻物质生产和产量形成的影响

3.3栽培条件对水稻生长的重金属铅胁迫效应的影响

3.3.1施肥对重金属铅处理下的水稻物质生产和产量形成的影响

3.3.2水分条件对重金属铅处理下的水稻物质生产和产量形成的影响

3.4栽培条件对水稻植株重金属镉积累和分配的影响

3.4.1氮素施肥的影响

3.4.2水分条件的影响

3.5栽培条件对水稻重金属铅的积累和分配的影响

3.5.1氮素施肥的影响

3.5.2水分条件的影响

3.6土壤镉和铅处理对水稻若干形态和生理指标的影响及其与植株重金属积累的关系

3.6.1对株高的影响

3.6.2对分蘖的影响

3.6.3对SPAD影响

3.6.4对根系活力影响

3.6.5对根系分泌物的影响

3.6.6对丙二醛含量的影响

3.6.7对叶片游离脯氨酸含量的影响

3.6.8对叶片中可溶性糖含量的影响

4讨论

4.1水稻对重金属镉和铅的吸收和积累的类型特征

4.2氮素施肥对水稻重金属吸收和积累的作用及其生物学基础

4.3水分条件对水稻重金属吸收和积累的影响及其机理

4.4铅镉处理对水稻若干形态生理影响及其与植株铅镉积累关系

参考文献

致谢