镉对不同基因型水稻生长毒害影响的比较研究

利用水培分期添加镉试验，研究了杂交水稻和常规水稻在不同生育时期对环境镉毒害的反应。结果表明，在水稻幼穗分化之前，镉主要降低光合生产力，影响植株生长；幼穗分化至抽穗期，主要抑制生殖器官分化，造成颖花败育；抽穗期之后，镉主要干扰体内营养物质的迁移和再分配。就对产量影响而言，幼穗分化至抽穗期是水稻对镉反应最敏感时期，杂交稻比常规稻对镉污染毒害敏感。     

不同生育期镉胁迫对两种水稻的生长、镉吸收及糙米镉含量的影响

采用分阶段加镉水培试验,对杂交水稻“威优1126”和常规水稻“浙辐802”不同生育期对Cd胁迫的生长反应及其对Cd吸收、积累与分配特性进行了比较研究。结果表明,水稻对Cd胁迫的反应因生育期不同而异,幼穗分化之前(前期),镉毒害主要表现为降低光合生产力;幼穗分化至抽穗期(中期)主要抑制幼穗的分化与发育过程;抽穗之后(后期)主要阻碍碳水化合物和NP养分向穗部迁移和转化。从对产量形成影响来看,幼穗分化—抽穗期是水稻对Cd胁迫反应最敏感时期。水稻吸Cd速率为中期>后期>前期。糙米中Cd的含量受水稻植株吸收Cd的总量和茎叶Cd向籽粒转移效率的双重影响。杂交稻对Cd的吸收能力与常规水稻相近,但Cd在地上部分累积的比例比常规水稻高4.9%~21.8%,籽粒部分的镉与茎叶部分镉的比例比常规稻高49%~95%,糙米Cd含量比常规稻高33%~72%。从减产效应和对稻米卫生品质损害来看,杂交水稻对环境Cd污染比常规水稻更加敏感。     

盐碱胁迫对水稻主要生育性状的影响

对7个水稻品种(品系)和苏打盐碱土(pH6．5～19．81)进行盆栽试验，探讨了盐碱胁迫对水稻株高、秆长、分蘖和抽穗期等主要生育性状的影响。结果表明，盐碱胁迫使水稻株高降低、秆长缩短，且盐碱度越大，降低幅度越大；盐碱胁迫使水稻单株分蘖力明显下降，使分蘖高峰明显推迟或不出现分蘖高峰；水稻抽穗期随着盐碱度的提高，其延长的天数越长，并且发现不耐盐碱的早熟品种比耐盐碱的中晚熟品种抽穗晚；水稻成熟期的株高或秆长不宜作为衡量其耐盐碱强弱的主要指标，只能作为一般参考指标。水稻单株分蘖力(茎蘖数)和抽穗期存在明显的基因型差异，是衡量水稻耐盐碱强弱的良好指标。盐碱地种稻应重视选择单株分蘖力较强的耐盐碱品种，这对提高单位面积的有效穗数具有十分重要的意义。     

水稻高效转化系统的建立

利用基因枪轰击和农杆菌介导两条途径转化水稻成熟胚、幼胚、幼穗诱导来源的愈伤组织．实验发现，外植体来源影响愈伤组织的诱导和转化．对于同一水稻品种，幼胚、幼穗在NB2培养基上比成熟胚易于诱导出胚性愈伤组织；转化中，无论是经农杆菌介导还是基因枪轰击，幼胚和幼穗来源的愈伤组织能以较高的转化频率获得转化体并再生成苗．同时，愈伤组织的诱导和转化效果也受基因型的影响．另外，转化途径对转化效率的影响较大，基因枪轰击比农杆菌介导转化频率高、再生频率强．并且，在轰击前6h至轰击后18h，将愈伤组织保持在附加20g／L甘露醇的培养基中，有利于转化率的提高．图2表3参17     

长穗颈(eui)水稻上部节间伸长与植物激素的关系

选取含有诱变的长穗颈基因eui1、eui2和野生型基因Eui的水稻(OryzasativaL.)协青早保持系3个等基因系,通过供试植株在不同生育期的GA1和ABA含量测定及喷施GA合成抑制剂,并辅之器官删除试验等方法,探索长穗颈水稻上部节间伸长的生理机制.结果表明,在抽穗期,含eui1的协青早保持系XeB1幼穗和剑叶里的GA1含量显著增加,分别约为对照协青早B的16倍和3.4倍,其GA1/ABA比值也明显增加;含eui2的XeB2幼穗和剑叶里的GA1含量显著提高,但仅在剑叶里GA1/ABA比值明显增加,其幼穗内的GA1水平显著低于XeB1.GA合成抑制剂S3307处理使XeB1和XeB2的株高生长均受到严重抑制.删除幼穗使XeB1最上节间伸长的受抑程度远大于XeB2和XB.由此推测,在抽穗期,eui1能使水稻自身产生GA1,高含量的GA1诱导了长穗颈水稻最上节间的剧烈伸长;在促进最上节间的伸长方面eui1强于eui2.图5表1参12     

氮在水稻中的行为及其品种间的差别

目前氮肥的利用效率很低，很多研究重点放在氮肥在土壤过程中的损失，对植物本身的氮素损失较少注意。作者利用^15NH4^ 和^15NO3^-双标记，对Indica和Japonica水稻亚种进行水培，在分蘖期、幼穗分化期、开花期施用，将培养液ρ(N)20mg／L的NH4NO3换成相同质量浓度的^15NH4^ NO3或NH^15NO3^；部分水稻在一周后收获，其他分别在分蘖期、幼穗分化期、开花期、成熟期收获。植株分成根系、地上部和穗部，对各自的全氮、^15N进行测定，计算植物的总吸收量。从施用量、植株总吸收量以及三部分总和的植株氮残存量的比较来研究氮素在两种水稻亚种中的行为。研究结果表明，两种植物都近100％吸收了所施用的^15NH4NO3或NH4^15NO3，但^15NH4^ 和^15NO3^-在Japonica的残存量要比Indica多，损失的部分可能往大气中散失了，意味着两种水稻亚种有着明显不同的氮素利用率。比较^15NH4^ 和^15NO3^-的残存量，结果表明^15NH4^ 留在植株体内要比^15NO3^-多，尤其在抽穗期施用的情况下，植物体在后期对^15NO3^-的转化能力大大减弱，但这部分的氮如何损失掉尚不清楚。比较植株体内各部分的氮素含量，发现Japonica的穗部比Indica含有更多的氮素，表明氮在前者的体内转化效率和利用效率高。试验结果表明，不同水稻亚种对氮素的利用以及不同氮素形态在其体内的行为不同。     

水稻不同时期吸收的氮素的行为

为研究水稻不同时期吸收的氮素在其体内的行为，作者利用^15NH^4＋和^15NO3^-双标记，对Indica水稻亚种（品种Hinohikari）进行水培，在分蘖期、幼穗分化期、开花期施用，将培养液卢州）20mg／L的NH4NO3换成相同质量浓度的^15TH4NO3或NH4^15NO3；部分水稻在一周后收获，其他分别在分蘖期、幼穗分化期、开花期、成熟期收获。植株分成根系、地上部的底部、地上部的顶部、旗叶和穗部，对各自的全氮、^15N进行测定，计算植物的总吸收量。从施用量、植株总吸收量以及三部分总和的植株氮残存量的比较来研究氮素在两种水稻亚种中的行为。研究结果表明，各个时期的^15NH4NO3或NH4^15NO3处理下水稻的N吸收总量上没有差别，但1周后收获的^15NH4-N处理的水稻中^15N的含量比^15NO3-N要高得多，直到成熟期收获的水稻都有同样的结果，这意味着各个时期吸收的NH4-N和NO3-N有着不同的损失量，吸收的NO3-N比NH4-N要损失得多。水稻叶片的氮素损失可能以N2O和NH3的形式。不同氮肥形态的处理下转移到穗部的氮素的量和来源也不相同，在NH4^15NO3的处理中穗部的^15N主要来自地上部的底部，而在^15NH4NO3的处理中穗部的^15N主要来自分蘖期吸收的^15N，少量来自成熟期并且^15N主要来自植株的各个部分。     

多环芳烃在水稻植株中的分布

采集了天津东丽区幼穗期、蜡熟期和枯熟期的水稻植株样品,研究了多环芳烃在其不同器官中的分布.研究结果表明,水稻根中PAH15含量在幼穗期之后不断增加,至枯熟期达到土壤浓度的3倍.茎叶中PAH15含量则从幼穗期到枯熟期呈现逐渐下降的一般趋势,且穗梗含量高于稻茎,第一叶含量高于下叶.水稻籽实成熟期间生物量迅速增加,其增速高于PAH15累积,这样的稀释作用造成表观浓度的下降.水稻地上部分各器官PAH15含量与脂含量之间具有显著的正相关关系.图5参12     

镉对不同生态型水稻的毒性及其在水稻体内迁移转运

采用溶液培养方法研究镉(Cd)对两种不同生态型水稻的毒性影响以及Cd在水稻体内的转运.结果表明,粳稻品种杨辐粳7号比籼稻品种K优818对Cd毒害反应更敏感.两种生态型水稻品种的根系对Cd的吸收积累差异比较大,在10 μmol·L-1 Cd浓度下生长3～14 d,杨辐粳7号根系中Cd浓度比K优818高44.5％ ～ 99...     

镧对镉胁迫下水稻幼苗生长及生理特性的影响

选择10mg·L-1La(N03)3作为生物调控因子,通过营养液培养实验,研究了水稻(Oryza sativa L.)幼苗在遭受镉胁迫(50mg·L-1和100mg·L-1两种CdCl2处理)后,稀土元素镧对抗氧化酶(SOD和CAT)活性、脂质过氧化产物MDA含量、质膜透性、叶绿素质量分数、根系活力、幼苗生长及镉质量分数等生理生长指标的影响,以探讨稀土在重金属胁迫下对作物的防护效应。研究结果表明:水稻幼苗遭受镉胁迫的初期,镧对提高SOD和CAT的活性,降低MDA含量和质膜透性,提高叶绿素质量分数和根系活力有明显的正效应,但是随着镉胁迫程度的加重和胁迫时间的延长,这种作用开始下降,最后甚至与镉发生协同作用,不仅不能缓解镉对水稻幼苗的毒害,反而更加剧了镉对水稻幼苗的毒害,这说明适量的稀土元素对重金属胁迫下植物生长有一定的防护效应,但是这种效应与重金属胁迫的浓度大小、胁迫的时间长短有着密切的关系。此外,镉在水稻幼苗体内的富集规律是:根系>地上部,镉的富集与各处理组镉浓度之间有比较明显的剂量效应关系,但是,镧处理并未降低水稻幼苗地上部分及根系中镉的质量分数。     

Cd胁迫下杂交水稻对Cd的吸收及其动态变化

镉（Cd）是非必需的有毒元素,是农业环境和农产品的重要污染物,易被水稻吸收并在籽粒中积累。不同水稻品种拥有不同的独特基因,导致水稻籽粒吸收积累Cd的能力存在一定的差异。因此,开展不同水稻品种耐Cd特性及其不同生育期的吸收转运效率研究具有重要意义。本文采用水培试验,研究了两个水稻（Oryza sativa L.）品种：D83A/R527（低吸收累积Cd）和辐优838（高吸收累积Cd）在不同质量浓度Cd胁迫下籽粒Cd质量分数及不同生育时期水稻根、茎、叶内Cd的吸收积累量及其动态变化特点。结果表明,两种水稻品种在Cd胁迫下籽粒Cd积累量差异显著,辐优838在1.0 mg·L^-1 Cd质量浓度胁迫下籽粒Cd质量分数就已超过国家食品卫生标准;在1.0~3.0 mg·L^-1 Cd质量浓度胁迫下,D83A/R527籽粒内Cd质量分数仅为辐优838的50~60%。随着Cd处理浓度增加和生育时期推进,两种水稻各部位Cd吸收量均表现为逐渐增加,其增加幅度总体表现为：辐优838〉D83A/R527;不同部位中,根的积累效应最强,叶片吸收积累能力最低,辐优838茎、叶吸收积累效率分别是D83A/R527的1.5~2.0倍左右。在1.0~3.0mg·L^-1 Cd胁迫下,水稻Cd积累差异较为显著的时期为灌浆期,辐优838的根系向茎、叶的转移效率大于D83A/R527,且D83A/R527主要表现为由根系向茎Cd转移效率较高,叶片Cd积累相对较少。灌浆期是水稻籽粒干物质积累的重要时期,也是吸收累积Cd的重要时期,这为筛选低吸收积累水稻品种和调控Cd在水稻籽粒中的吸收累积奠定了重要理论基础。     

镉污染对水稻不同生育期抗氧化系统的影响

采用土培的方法,研究了不同Cd添加水平（0、5、10、20、30、60 mg.kg-1,以CK,T1,T2,T3,T4,T5表示）对水稻分蘖期、孕穗期和抽穗期叶绿素、可溶性蛋白质、丙二醛（MDA）、总巯基（-SH）、谷胱甘肽（GSH）、植物络合素（PCs）含量以及水稻叶片中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性的影响。结果表明,叶片中Cd的含量随生长时期的延长而增加;T1处理时,水稻3个时期中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a＋b含量最高,表明低质量分数Cd有利于水稻的生长;而T4和T5处理显著降低了叶绿素含量（P〈0.05）。Cd对不同生育时期抗氧化酶的影响不一,对分蘖期SOD、POD、CAT活性影响较明显,而对孕穗期和抽穗期SOD、POD、CAT活性以及可溶性蛋白质含量影响不显著（P〉0.05）。高质量分数Cd提高了叶片中MDA含量,在T5处理时,MDA含量在分蘖期、孕穗期和抽穗期分别为对照的1.9倍、4.5倍和4.6倍。水稻不同生育时期总-SH、GSH、PCs含量随着Cd处理质量分数的增加而增加,表明Cd处理诱导了水稻PCs的解毒机制。     

Dynamic changes in radial oxygen loss and iron plaque formation and their effects on Cd and As accumulation in rice (Oryza sativa L.)

Temporal variations and correlations between radial oxygen loss (ROL), iron (Fe) plaque formation, cadmium (Cd) and arsenic (As) accumulation were investigated in two rice cultivars at four different growth stages based upon soil pot and deoxygenated solution experiments. The results showed that there were significant differences in ROL (1.1–16 μmol O₂ plant^?1 h^?1), Fe plaque formation (4,097–36,056 mg kg^?1), Cd and As in root tissues (Cd 77–162 mg kg^?1; As 49–199 mg kg^?1) and Fe plaque (Cd 0.4–24 mg kg^?1; As 185–1,396 mg kg^?1) between these growth stages. ROL and Fe plaque increased dramatically from tillering to ear emergence stages and then were much reduced at the grain-filling stage. Furthermore, significantly positive correlations were detected between ROL and concentrations of Fe, Cd and As in Fe plaque. Our study indicates that increased Fe plaque forms on rice roots at the ear emergence stage due to the increased ROL. This stage could therefore be an important period to limit the transfer and distribution of Cd and As in rice plants when growing in soils contaminated with these toxic elements.     

土壤铜植物毒害的不同评价终点和室内外测定差别研究

本论文对山东陵县、湖南祁阳和浙江嘉兴3种性质差异较大的土壤上进行的室内外的土壤外源铜(Cu)的植物毒性试验结果进行了比较。结果发现3种室内评价终点(大麦根长、西红柿和小白菜苗期生物量)和田间植物(玉米、小麦、水稻和油菜产量)对土壤中Cu毒性的敏感性存在较大的差异。大麦根伸长和小白菜生物量法高估了土壤中Cu对田间小麦、玉米和水稻产量的毒害,而室内西红柿生物量法则低估了土壤中Cu对田间小麦、玉米和水稻产量的毒害。小白菜和田间油菜的敏感性接近,可以用室内小白菜苗期生物量作为土壤中Cu对田间油菜产量毒性评价的植物。当采用相同植物比较时,陵县小麦、祁阳玉米和嘉兴油菜的室内苗期值可以作为土壤Cu对相同田间植物产量的毒害作用(EC_(10))的评价指标。但是,室内苗期毒害指标会低估Cu对田间祁阳小麦和高估嘉兴水稻的毒害作用,说明土壤Cu植物毒害室内外测定的差别受土壤和植物的影响。     

外加Cd对两水稻品种细胞超微结构的影响研究

为了研究Cd在不同水稻品种(Oryza sativa L.)细胞中的分布位点及其耐Cd的具体表征状况,以子粒Cd积累水平不同的两水稻品种(品种A:中浙优1号,子粒高Cd含量品种;品种C:J196,子粒低Cd含量品种)为材料,进行盆栽实验,设不加Cd处理(CK)和加Cd处理(25mg·kg-1),采用透射电镜技术研究了外加Cd对两水稻品种细胞超微结构的影响.结果表明:Cd处理下两水稻品种的部分根细胞有Cd沉积现象,但不同品种的沉积部位表现不同,品种A主要在液泡边缘而品种C则在细胞壁和细胞间隙,表明不同水稻品种根系的耐Cd机制不同,品种A主要表现为液泡区室化,而品种C主要表现为细胞壁上有特定沉积.水稻叶肉细胞器中的叶绿体和线粒体是对Cd胁迫较为敏感的细胞器,外加Cd对茎叶细胞超微结构造成的伤害主要表现在使叶绿体上淀粉粒消失,叶绿体空泡化,部分线粒体出现肿胀或解体现象,品种C的受害程度高于品种A。     

酸雨对全生育时期水稻叶绿素荧光的影响

酸雨是全球关注的重大环境污染问题之一,中国亦继西欧和北美之后,成为当今世界第三大酸雨区。光合作用是植物生物量和作物经济产量形成的生理基础,叶绿素荧光常用来判断逆境胁迫对植物光合作用造成的伤害。有研究表明,酸雨会对植物叶绿素荧光造成影响,然不同生长阶段植物对逆境的抵抗能力亦存在差异,采用模拟酸雨（酸雨 pH 值梯度为4.5、3.5、2.5）或模拟天然降水持续胁迫（每隔3天喷施1次）水稻（Oryza sativa）（从幼苗期至灌浆期）,利用原位无损伤叶绿素荧光测定技术（德国Walz公司PAM-210脉冲调制式荧光仪）分别探测和分析幼苗期、分蘖期、孕穗期和灌浆期水稻叶片（处理组和对照组）,研究酸雨对全生育期水稻叶绿素荧光的影响,相关研究未见报道。结果表明,与CK相比,pH 4.5酸雨使幼苗期和孕穗期初始荧光（Fo）显著提高了7.69%、8.84%,使幼苗期、分蘖期和孕穗期非光化学猝灭参数（qN）显著提高了8.64%、4.86%、6.09%,使幼苗期和孕穗期最大光化学量子产量（Fv/Fm）,PSII电子传递速率（ETR）,实际原初光能捕获效率（ΦPSII）,光化学猝灭参数（qP）显著降低,幼苗期、孕穗期降幅依次为Fv/Fm（3.01%、6.88%）、ETR（8.40%、10.24%）、ΦPSII（8.39%、12.23%）、qP（3.79%、12.55%）;pH 3.5、pH 2.5酸雨不同程度地显著降低了各生育时期Fv/Fm、ETR、ΦPSII、qP,幼苗期和孕穗期qN,显著提高了各生育时期Fo,且随酸雨pH值降低,变化幅度增大。同时,pH 4.5或pH 3.5酸雨持续胁迫下,水稻受到伤害大小规律为灌浆期＆lt;幼苗期＆lt;分蘖期＆lt;孕穗期;pH 2.5酸雨持续胁迫下,水稻受到伤害大小规律为分蘖期＜幼苗期＜灌浆期＜孕穗期。总之,酸雨胁迫强度与水稻叶绿素荧光参数存在剂量-效应关系,酸雨持续胁迫会对不同生育时期水稻光合作用造成影响,并且不同生育时期水稻光合作用对酸雨胁迫敏感性存在差异,这些是评价酸雨胁迫对植物影响时需考虑因素。