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根系结构对水稻吸收砷的影响

邓丹  
【摘要】: 自从孟加拉国等东南亚一些国家由于地下水砷污染导致大量人群砷中毒以后,环境砷污染的研究得到国际学术界的广泛关注。含砷污染的地下水灌溉的农作物,将通过食物链的方式对人体造成危害。我国人口众多并以稻米为主食,砷在水稻体内的吸收积累是一个关系到人体健康的重要环境问题,需要进行大量研究并采取有效措施消除或降低砷的危害。根系是植物的吸收器官,其形态和结构不仅影响植物对水分和养分的吸收,同时也对砷等毒害性元素的吸收和运输有重要的影响。而根系结构主要受品种和环境条件的影响。因此,本文通过水培不同品种和不同根区环境条件处理(磷、硫、氧)的水稻幼苗,研究不同形态结构的水稻根系渗氧和铁膜形成,分析根系结构及根表铁膜对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)吸附、吸收和转运的影响。在此基础上,对不同根系结构的水稻进行砷耐性研究,对适于生长在砷污染环境的水稻品种及利于降低水稻砷吸收的田间管理提出了建议。主要研究结果如下: 1.相同环境条件下培养的不同品种水稻(盐粳1439,中楼1号,湘晚籼3号,桂朝2号)的根系结构差异显著。粳稻通气组织发达,根比表面积大,根系渗氧及铁膜的形成高于籼稻,吸附、吸收和转运的As(Ⅴ)和As(Ⅲ)高于籼稻,而耐性也高于籼稻。不同品种水稻根表铁膜上Fe含量约低于16 g kg~(-1),其促进根系砷的吸附和吸收,抑制砷的转运,提高籼稻桂朝2号的耐性。 2.以桂朝2号为例,研究了环境诱导根系结构变化对水稻幼苗砷吸收的影响。生长在不同环境条件下,桂朝2号的根系结构、根系渗氧、铁膜形成以及砷吸收和耐性发生显著变化。富磷使根系空隙度降低,根表面积、根系渗氧以及铁膜形成均无显著变化,对砷在植物体内吸收和转运以及水稻对砷的耐性无显著影响;缺磷、高硫使水稻根系空隙度降低,根表面积下降,根系吸附的砷降低;通氧使根表透性增加,提高了根系渗氧量,同时由于根系表面积下降,砷耐性加强,但受根系表面积显著下降影响,铁膜形成能力降低,根系对砷的吸附和吸收速率降低,转运到地上部的砷也下降。不同环境磷、硫、氧条件处理下铁膜中铁含量高于70 g kg~(-1),铁膜促进砷的吸附,但抑制了根对砷的吸收和进一步向地上部分转运。 3.研究了通氧和缺氧处理的水稻离体根系在有无铁膜生成的情况下As吸收的动力学特征。发现根系结构对水稻的砷吸收动力学过程有影响。相对于缺氧的根系,通氧的水稻根系由于根表通透性高,对As(Ⅲ)的亲和性较高,而由于通氧的水稻根系表面积较小,致使As(Ⅲ)吸收速率低于缺氧根系,但提高了对As(Ⅴ)的吸收速率。在有铁膜生成的情况下,铁膜将大量的砷吸附在根表,影响根系的吸收。铁膜通过降低As(Ⅲ)的吸收速率来抑制砷的吸收,同时铁膜降低了通氧根系对As(Ⅲ)的亲和性,对As(Ⅴ)的吸收动力学影响不显著。 4.环境中砷的形态也会影响砷在水稻体内的富集。As(Ⅴ)易被根表吸附,而As(Ⅲ)易被根系吸收并向地上部转运。铁膜对As(Ⅴ)的吸附能力高于As(Ⅲ);不同品种水稻以及不同环境条件处理的水稻在根表有无铁膜时对As(Ⅲ)的吸收和转运高于As(Ⅴ)。 5.籼稻桂朝2号更适合种植于砷污染地区。在砷污染地区,适合采取减少磷肥增加硫肥的施肥方法,或采取节水灌溉,如降低灌溉水位,定时排干灌溉水等方法,利用根系结构调控水稻对砷的吸收。


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