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《扬州大学》 2008年
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水稻对土壤重金属镉的响应及其调控

黄冬芬  
【摘要】: 镉(Cd)是农田土壤中主要的污染物质。随着工业的发展,Cd污染日趋严重,对农业生产和人类健康构成严重的威胁。本研究以水稻不同品种为材料,研究Cd对水稻产量和品质的影响及其生理机制,探讨通过灌溉和施肥等农艺措施减轻Cd对水稻危害的技术途径,为水稻优质安全生产提供理论依据和实践指导。主要结果如下: 1、Cd对水稻产量和品质的影响当土壤Cd浓度为60或90 mg kg~(-1)时,扬稻6号和扬粳9538的产量与对照(土壤未加Cd处理)无显著差异。这两品种在Cd浓度为120或180 mg kg~(-1)以及武运粳7号在Cd浓度为60或120 mg kg~(-1)条件下产量均较对照显著降低。在Cd胁迫下产量降低的原因主要在于穗数或每穗颖花数的减少,Cd对结实率和千粒重无显著影响。Cd对稻米加工品质、外观品质、蒸煮品质以及蛋白质含量无显著影响。随土壤Cd浓度的增加,稻米醇溶蛋白含量增加,清蛋白和球蛋白含量则降低。当土壤Cd浓度为60和90 mg kg~(-1)时,稻米淀粉谱的最高粘度、热浆粘度、最终粘度、崩解值和消减值与对照无显著差异;当土壤Cd浓度为120和180 mg kg~(-1)时,稻米淀粉谱的最高粘度和崩解值显著降低,热浆粘度、最终粘度和消减值显著增加。在相同土壤Cd浓度下,同一器官的Cd浓度在品种间无显著差异,但扬稻6号Cd累积量高于扬粳9538。表明Cd对水稻产量的影响以及Cd在稻株的累积量在品种间存在差异,高浓度Cd可降低稻米的营养品质和食味性。 2、水稻对Cd胁迫的生理响应Cd胁迫增加了根系和叶片自由基含量;诱导超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)同工酶小分子量的特异表达;增加了水稻根系分泌物含量;降低了水稻DNA和蛋白质含量;水稻可溶性蛋白质一维电泳和二维电泳分析结果表明,Cd胁迫后水稻可溶性蛋白质表达发生改变。Cd诱导了水稻幼苗根系10个蛋白质点和叶片8个蛋白质点的表达,抑制了根系4个蛋白质点和叶片8个蛋白质点的表达。 3、水稻耐Cd性不同品种一些农艺与生理性状Cd处理后,耐Cd基因型(汕优63和扬粳9538)籽粒产量较CK(土壤中未加Cd)降低了6.2%~8.9%,Cd敏感基因型(扬稻6号和武运粳7号)产量较对照降低38.3%~47.1%。Cd处理后每盆穗数和每穗颖花数减少是减产的主要原因,结实率和千粒重在Cd处理与CK间无显著差异。Cd处理显著抑制了Cd敏感基因型的分蘖发生,导致整个生育期干物质积累的显著下降。Cd处理对物质运转率和收获指数无显著影响。在Cd胁迫下,分蘖至拔节期Cd敏感基因型的根系活力、叶片光合速率、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性明显低于耐Cd基因型,叶片超氧自由基和过氧化氢含量、乙烯释放速率及根系伤流液中1-氨基环丙烷1-羧酸浓度则显著高于耐Cd基因型。抽穗以后Cd对上述生理指标以及整个生育时期叶片脱落酸含量无显著影响。说明Cd对水稻生长发育的影响主要在生育前期(分蘖至拔节期),此期分蘖发生多、根系活力和叶片抗氧化保护系统能力强及乙烯合成少是耐Cd基因型水稻的主要农艺和生理特征。 4、结实期灌溉方式对水稻品质和不同器官Cd浓度与分配的影响在土壤Cd污染条件下,与水层灌溉(WW)相比,结实期轻干-湿交替灌溉(MD)可以增加产量和改善稻米的加工与外观品质,结实期重干-湿交替灌溉(SD)则降低产量和品质。MD和SD均可增加Cd在根的浓度和分配比例,降低Cd在茎叶的浓度和分配比例;MD对籽粒和精米中的Cd浓度无明显影响,但可显著降低Cd在籽粒中的分配比例,SD则增加了籽粒和精米的Cd浓度。在MD条件下,根系活力增强和叶片气孔导度降低(即蒸腾强度小)是根系Cd浓度大、茎叶Cd浓度小以及籽粒Cd分配比例低的重要原因;而在SD条件下,根系和籽粒Cd浓度大、茎叶Cd浓度小与气孔导度显著降低和茎叶Cd表观输出率大幅度增加有密切关系。 5、全生育期干湿交替灌溉对水稻产量和品质及Cd积累的影响与保持水层(WW)相比,全生育期轻干湿交替灌溉(MD)提高了根系氧化力和光合速率,使产量增加了8.6-10%,改善了加工品质和外观品质,全生育期重干湿交替灌溉(SD)的结果则相反。MD和SD均降低了叶片蒸腾速率,SD尤为明显。MD和SD显著增加了根系中Cd的浓度,降低了稻草中Cd的浓度。MD使籽粒中Cd浓度降低了8.6-9.7%,精米中Cd浓度降低了27-31%。SD则显著增加了籽粒中Cd浓度,但降低了Cd在精米中浓度。说明全生育期轻干湿交替灌溉可以增加产量和减少Cd在水稻可食部分的含量。 6、氮肥对水稻品质和不同器官Cd浓度与分配的影响在相同施氮量情况下,Cd处理显著降低了产量。在相同土壤Cd浓度下,产量随施氮量(0~600 kg ha~(-1))的增加而提高。施氮量和Cd处理对稻米的出糙率、精米率和整精米率无显著影响。在相同施氮量情况下,Cd处理使胶稠度增加,直链淀粉含量降低。Cd对稻米垩白率、垩白度和蛋白质含量无显著影响。随施氮量的增加,颖壳、糠层和精米中Cd浓度均随之增加,但精米Cd浓度在0N(不施氮)与MN(300 kg ha~(-1))之间无显著差异。Cd在颖壳和糠层中的分配比例也随施氮量的增加而显著提高,但Cd在精米中的分配比例则随施氮量的增加而显著降低。表明在Cd污染的稻田适当施用氮肥并不会明显增加Cd在精米中的浓度,并可降低Cd在精米中的分配比例。
【学位授予单位】:扬州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:S511

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3 刘培斌;李志强;于凤泉;常凤云;;关于北方地区养蟹田的水稻栽培技术[A];2004年辽宁农业科学研讨会论文集[C];2004年
4 ;水稻栽培技术的一场革命——非织造布育秧[A];全国非织材料在农业领域应用推广大会论文集[C];2001年
5 梁永超;胡锋;沈其荣;吕世华;吴良欢;张福锁;;水稻覆膜旱作研究现状与展望[A];青年学者论土壤与植物营养科学——第七届全国青年土壤暨第二届全国青年植物营养科学工作者学术讨论会论文集[C];2000年
6 韦鸿雁;刘建松;黄迎春;;水稻免耕抛秧技术应用及推广的思考[A];循环农业与新农村建设——2006年中国农学会学术年会论文集[C];2006年
7 于广星;侯守贵;王友芬;王一凡;;建立水稻节水高效栽培技术体系的必要性及主要技术措施[A];中国作物学会2005年学术年会论文集[C];2005年
8 汤绍武;;湖南省水稻机械化种植模式选择及推广对策探讨[A];湖南省农业系统工程学会常务理事会暨青年学术委员会会议论文集[C];2004年
9 吴叔康;吴良欢;;水稻覆膜早作节水肥高产栽培技术研究及应用[A];云南省作物学会2004—2006年优秀论文选集[C];2006年
10 邵继勇;;献身于中国农林环保事业的日本专家(上)[A];中日关系史研究·2010年第1期(总第98期)[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 杨进 康炳祥;物茂乡水稻栽培技术实现新突破[N];楚雄日报(汉);2009年
2 张书 杨刚 记者 吕晓明;响水灌区续建 改造工程上马[N];牡丹江日报;2007年
3 中化化肥高级顾问、中国农业大学教授 陈伦寿;水稻倒伏的原因及预防措施(一)[N];农资导报;2007年
4 新华社记者 朱立毅 王春雨;脚踏实地才能最终创造辉煌[N];新华每日电讯;2010年
5 记者 易立权 实习生 陈宇;南充在全省率先实验成功[N];南充日报;2010年
6 记者 张志春;桦川七十万亩水稻丰收在望[N];佳木斯日报;2008年
7 贺仁;水稻栽培亦可不用除草剂[N];农民日报;2000年
8 严光彬;水稻长相和分蘖进程的识别[N];吉林农村报;2011年
9 中国农业大学教授 陈伦寿;中化化肥800免费电话集中解答(3)[N];人民日报;2007年
10 上技;旱育稀植水稻栽培技术[N];东方城乡报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 胡时开;两个水稻分枝控制基因的克隆与功能研究[D];中国农业科学院;2014年
2 耿建梅;海南省稻田土壤硒的化学特征及水稻吸收累积硒的基因型差异与机理[D];海南大学;2010年
3 陆孙杰;水稻OsMADS15基因功能研究及用酵母双杂筛选互作蛋白[D];浙江大学;2012年
4 陈熙;低叶绿素b水稻类囊体膜的蛋白质组学研究[D];南京农业大学;2009年
5 杜红毅;水稻籼粳不育基因S5的自然变异、进化模式与功能分析[D];华中农业大学;2012年
6 石金磊;水稻ω-6脂肪酸去饱和酶基因克隆与功能研究[D];复旦大学;2011年
7 刘小燕;稻鸭鱼生态种养对稻田甲烷减排及水稻栽培环境改善的功能研究[D];湖南农业大学;2004年
8 严定春;水稻管理知识模型及决策支持系统的研究[D];南京农业大学;2004年
9 李静波;川芎提取物解除精异丙甲草胺对水稻药害的研究[D];湖南农业大学;2012年
10 王栋;覆草旱作条件下稻田土壤肥力性状、碳氮动态及水稻生产力特征研究[D];南京农业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 史敏;水稻栽培专家系统[D];湖南农业大学;2003年
2 丁宁;公路交通污染对水稻的影响[D];湖南农业大学;2011年
3 冯洋;水稻不同产量水平适宜施氮量与主推品种氮效率筛选评价的研究[D];华中农业大学;2014年
4 刘晓月;水稻转录因子抗逆表达谱及功能验证分析[D];中国农业科学院;2013年
5 罗聪;OsPAD:基于二维凝胶电泳系统的水稻蛋白质组数据库及在线分析平台[D];浙江大学;2010年
6 董伟;基于Ontology的水稻栽培知识管理系统研究[D];安徽农业大学;2011年
7 邓胜;基于Multi-Agent的水稻栽培知识管理研究[D];湖南农业大学;2010年
8 成雄峰;单季稻地区水稻主要害虫的化学防治技术研究[D];南京农业大学;2013年
9 李莉;水稻OsNPSN11基因在抗稻瘟病中的作用研究[D];南京农业大学;2011年
10 薛丹;湖南省水稻栽培品种种传真菌的鉴定[D];湖南农业大学;2013年
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