水分管理对重金属在水稻根区及在水稻中积累的影响

选取了酸性矿山废水污灌区重金属污染水稻土,通过盆栽试验,研究了不同水分管理条件（60%最大田间持水量,80%最大田间持水量,最大田间持水量,前期淹水＋抽穗扬花期烤田,全生育期淹水）下水稻根际土壤及其不同器官（稻根、茎叶和籽粒）中As、Cd、Cu和Zn的含量变化。结果表明：土壤水分含量对水稻根际土壤中As、Cu和Zn的含量影响不大。但显著影响水稻不同器官对这3种元素的吸收积累。随着土壤水分含量的增加,水稻根、茎叶和籽粒中As的含量都显著增加;Cu的含量则逐渐减少;水稻茎叶中Zn含量也逐渐减少,但水稻根和籽粒中Zn含量则变化不明显。抽穗扬花期拷田能显著降低As在水稻中的积累,显著增加水稻茎叶中Zn的积累;但不影响水稻各器官中Cu,以及水稻根和籽粒中Zn的含量。此外,虽然这3种重金属在土壤中含量均超标,但在水稻籽粒中含量只有Zn全部超标,而Cu则都不超标,因此,农作物的超标情况并不直接与土壤的重金属超标相联系。     

源于大气的氟在水稻不同器官的分布及对糙米含氟量的影响

用开顶式熏气罩熏气的方法,研究了气源氟在水稻不同器官的分布及对糙米含氟量的影响。结果表明:气源氟主要分布于水稻叶片中,根含氟量不受气源氟的影响;籽粒含氟量取决于籽粒器官形成后空气氟浓度,与籽粒器官形成前的空气氟浓度无关;糙米氟含量与水稻抽穗齐穗后所暴露的氟剂量间呈极显著线性相关关系。     

Cd胁迫下不同水稻品种组织细胞中Cd的转运分配研究

采用土培试验,以越冬稻、R1088(籽粒Cd低积累)和IR34582、太粳558(籽粒Cd高积累)4个水稻品种为试验材料,研究不同水稻品种在Cd0(不加Cd)、Cd5(5 mg·kg~(-1))和Cd25(25 mg·kg~(-1))胁迫下对Cd的吸收、转运及其分配特征,以期为培育镉低积累水稻品种提供科学依据。结果表明,(1)Cd胁迫下,Cd低积累水稻品种根Cd含量显著高于Cd高积累水稻品种,而地上部Cd含量却显著低于Cd高积累水稻品种;同时,其TF_(根-茎)和TF_(茎-叶鞆)也显著低于Cd高积累水稻品种。(2)Cd在各组织亚细胞中的含量表现为细胞壁可溶部分细胞膜细胞器。Cd胁迫下,Cd低积累水稻品种根系细胞壁(F1)、细胞器(F2)、细胞膜(F3)和可溶部分(F4)Cd含量均显著高于Cd高积累水稻品种,而茎、叶鞘和叶中F1、F2、F3和F4Cd含量却显著低于Cd高积累水稻品种。(3)不同水稻品种各组织间转移系数与根系Cd亚细胞分布比例相关性分析表明,Cd5处理中,TF_(根-茎)分别与F1和F4分配比例呈极显著负相关和显著正相关,相关系数分别为-0.93 1(P0.01)和0.702(P0.05);Cd25处理中,TF_(根-茎)与F1和F4分配比例呈极显著负相关和极显著正相关,相关系数分别为-0.908和0.786(P0.01)。综上所述,Cd胁迫下水稻各组织Cd含量显著增加,且Cd含量和TF_(根-茎)在Cd高低积累水稻品种间存在显著差异,根系细胞壁和可溶部分在Cd从根部向上转运的过程中起着重要作用。     

源于大气的氟在水稻不同器官的分布及对糙米含氟量的影响

用开顶式熏气罩熏气的方法，研究了气源氟在水稻不同器官的分布及对糙米含氟量的影响。结果表明：气源氟主要分布于水稻叶片中，根含氟量不受气源氟的影响；籽粒含氟量取决于籽粒器官形成后空气氟浓度，与籽粒器官形成前的空气氟浓度无关；糙米氟含量与水稻抽穗齐穗后所暴露的氟剂量间呈极显著线性相关关系。     

伊犁河谷不同生境下大麻根茎叶生态化学计量特征

以伊犁河谷的大麻（Cannabis sativa）为研究对象,分析林地、玉米地、麦地、路边等4种样区大麻根、茎、叶生态化学计量特征,了解植物生长机制,研究生境和器官对大麻生态化学计量特征的影响,阐明大麻生长过程中的限制性元素.研究结果表明,在林地、路边大麻各器官的碳含量以及林地大麻C∶P表现为茎>根>叶,玉米地中大麻碳含量为茎>叶>根,在麦地为根>叶>茎,各样区大麻氮含量和磷含量及林地、麦地大麻N∶P表现为叶>茎>根,各样区大麻C∶N及玉米地、麦地、路边大麻C∶P表现为根>茎>叶,在玉米地、路边的大麻N:P为叶>根>茎.不同生境大麻不同器官生态化学计量特征存在一定差异性,路边大麻叶、根的碳含量极显著高于其他样区（P<0.01）,茎的碳含量显著高于麦地（P<0.05）,且高于其他样区,但不显著（P>0.05）;玉米地大麻叶、茎的磷含量和C:N显著高于其他样区（P<0.05）,根的磷含量高于其他样区,但林地与玉米地不显著（P>0.05）,玉米各器官氮含量、C∶P和N∶P极显著低于其他样区（...     

根表铁膜对水稻铅吸收转运的影响

通过温室土壤盆栽试验研究不同生育期水稻根表铁膜形成对水稻吸收和转运Pb的影响。结果表明,两种水稻根表铁膜形成量(以DCB-Fe含量计)及铁膜中吸附的Pb量均随着生育期的延长而减少。水稻根表铁膜Fe含量与铁膜吸附的Pb量呈显著的正相关关系(r=0.798,p0.01)。水稻根系和茎叶吸收积累Pb随着不同品种和不同生育期而变化。品种NK57籽粒Pb含量显著高于品种YD6,前者为后者的1.9倍。从富集系数和分配比率来看,Pb主要富集在水稻的铁膜和根系中,而积累在茎叶和籽粒中的比率较少。Pb从水稻根表铁膜、根系和茎叶向籽粒中的转运系数在两个水稻品种间差异均不显著。水稻分蘖期和孕穗期根表铁膜量与根系Pb含量均呈显著的正相关关系(p0.05),但是成熟期水稻根表铁膜量与根系、茎叶和籽粒中Pb含量相关性均不显著,说明根表铁膜形成对水稻分蘖期和孕穗期吸收积累Pb有一定影响,但对水稻成熟期根系、茎叶和籽粒吸收积累Pb影响不大。     

高、低Cd积累水稻和小麦籽粒中Cu、Zn的富集特性

Cu、Zn含量过低不仅直接关系到稻麦植物的生长发育和籽粒的营养品质,而且与人类的饮食健康密切相关。采集我国水稻优势产区典型土壤,选择Cd高、低积累性明显不同的水稻和小麦品种各2个,通过温室盆栽试验研究稻-麦轮作体系下植物可食部分Cu、Zn吸收性差异。结果表明,高、低Cd积累水稻糙米Cu平均含量分别为5.07和5.75 mg·kg~(-1),Zn平均含量分别为42.10和33.60 mg·kg~(-1),品种间差异显著(P0.05);高、低Cd积累小麦籽粒Cu平均含量分别为4.37和4.94 mg·kg~(-1),Zn平均含量分别为34.40和35.40 mg·kg~(-1),差异不显著。高、低Cd积累小麦籽粒Cu、Zn含量差异不显著,可能与小麦籽粒Cu、Zn变异系数大多属于强变异有关。稻麦籽粒对Zn的富集系数均高于Cu;对于东北地区土壤,高和低Cd积累水稻糙米Cu、Zn富集系数分别为0.31、0.73和0.41、0.64,而高和低Cd积累小麦Cu、Zn富集系数分别为0.19、0.44和0.22、0.42,即糙米Cu、Zn富集能力显著高于小麦。因此,与小麦相比,在北方种植水稻能更有效地提高Cu、Zn在作物中的富集。上述结果表明,从稻麦的安全品质和营养品质方面考虑,种植高、低Cd积累稻麦不会导致Cu、Zn含量过低而引起营养失衡。     

硅钙镁肥对不同母质稻田土壤水稻Cd吸收累积的影响及其差异研究

为研究硅钙镁肥(GF)对不同母质稻田土壤水稻Cd吸收累积的影响及其差异,选取黄泥田(板页岩母质发育水稻土)和麻砂泥(花岗岩母质发育水稻土)进行水稻盆栽试验,分析各生育时期土壤pH值与CEC变化、土壤溶液中Cd浓度、水稻各部位(根、茎、叶、谷壳和糙米) Cd含量及水稻全株总累积量、水稻根表铁膜Cd、Fe含量与总累积量.结果表明:稻田土壤施用GF显著降低了土壤溶液Cd浓度;施用GF显著提升了土壤pH和CEC;施用GF降低了水稻根、茎、叶、谷壳与糙米中的Cd含量,显著降低水稻全株Cd累积量.稻田土壤施用GF促进了水稻根表铁膜的形成,增加了各生育时期DCB-Fe、降低了DCB-Cd含量,抑制了Cd由根部向上迁移;稻田土壤施用GF,黄泥田与麻砂泥水稻糙米Cd含量降低至0.11 mg/kg和0.15 mg/kg,均低于国家标准.相关性分析表明,土壤pH与土壤溶液Cd浓度、水稻糙米Cd含量呈显著(P0.05)或极显著负相关(P0.01),水稻根表铁膜Fe累积量与DCB-Cd、根与糙米Cd含量呈极显著负相关(P0.01); GF使叶对糙米Cd再转运贡献率降低5.88%(黄泥田)和12.80%(麻砂泥).稻田土壤施用GF可有效阻控水稻对Cd的吸收累积,且麻砂泥效果优于黄泥田.     

臭氧胁迫对大豆氮磷化学计量特征的影响

研究臭氧浓度升高对大豆(Glycine max)器官生态化学计量特征的影响,对预测未来生态过程和生物地球化学循环有重要作用。以大豆为试验材料,利用开顶室气室(OTCs)探讨臭氧胁迫对大豆不同器官氮磷化学计量特征的影响。试验设置3个处理:CK处理(对照,O3浓度为45 nmol·mol~(-1))、T1处理(O3浓度为(80±10) nmol·mol~(-1))、T2处理(O_3浓度为(110±10)nmol·mol~(-1))。结果表明,随着生育期的延长,大豆根系和茎秆N含量呈升高趋势,叶片N含量呈先升高后降低的趋势。与对照相比,臭氧浓度升高使根N含量在分枝期和结荚期显著升高(P0.05),开花期T1处理下显著降低7.13%(P0.05),T2处理下显著升高17.37%(P0.05);茎N含量均显著升高,叶片N含量在开花期显著升高,结荚期显著降低。臭氧浓度升高使大豆根、茎、叶P含量表现出不同程度的增加趋势,仅有根系P含量在开花期T1处理下显著降低15.96%(P0.05),叶片P含量分别在分枝期和结荚期T2处理下显著降低25.10%和11.37%(P0.05)。茎和根P含量间呈显著正相关(P0.05),根和茎中N和P含量之间呈显著正相关(P0.05);N含量和N/P在各器官中表现为叶根茎;P含量在各器官中无显著差异。各器官N含量变异系数表现为茎根叶;P含量在各器官中变异系数相似;N/P变异系数表现为叶根茎。随着臭氧浓度升高和生育期的延长,大豆各器官N/P均小于14,说明大豆生长主要受N素限制。     

不同水稻品种对镉积累的差异及其与镉亚细胞分布的关系

采用土培试验,以籽粒Cd低积累水稻品种(越冬稻和R1088)和籽粒Cd高积累水稻品种(IR34582和太粳558)为试验材料,研究成熟期水稻在Cd0(不加Cd)、Cd5(5 mg·kg~(-1))和Cd25(25 mg·kg~(-1))胁迫下,Cd在水稻各组织中的积累差异及其与Cd亚细胞分布的关系,为培育Cd低积累水稻品种和水稻安全生产提供科学依据。结果表明:(1) Cd胁迫下,约65%～83%的Cd积累于根系,低积累品种根系Cd含量显著高于高积累品种,而地上部却相反;(2)高积累品种往地上部转运Cd的效率以及地上部各组织往籽粒转运Cd的效率均显著高于低积累品种;(3) Cd胁迫下,低积累品种根中细胞壁(F1)、细胞器(F2)、细胞膜(F3)和可溶部分(F4)中Cd含量显著高于高积累品种,而茎、叶鞘和叶中却相反;(4)低积累品种根和茎中F1中Cd分配比例均显著高于高积累品种,而F4中Cd分配比例却相反;在叶鞘和叶中,F1、F4中Cd分配比例在不同品种之间无显著差异。(5) Cd胁迫下,TF_(根-茎)和TF_(茎-糙米)均与F1中Cd分配比例成显著负相关关系,而与F4中Cd分配比例成显著正相关关系。综上,高积累品种往地上部转运Cd的能力强于低积累品种;低积累品种根和茎中细胞壁限制了Cd的迁移;而高积累品种根和茎中可溶部分在Cd从根部向上以及从茎向籽粒转运过程中起着重要作用。     

复合污染下Cu、Cr、Ni和Cd在水稻植株中的富集特征

掌握水稻对污染土壤中重金属的吸收和富集特征,为科学认识水稻中重金属的残留问题、健康风险提供理论依据。采用田间试验,研究了4个不同处理量Cu、Cr、Ni、Cd复合污染下水稻的富集特征及其随生育期的变化规律。结果表明,重金属在水稻植株各部位中吸收富集系数的大小依次为：Cd〉Cu〉Ni〉Cr,根部重金属吸收富集系数是地上各部位的吸收富集系数的2~100倍。各重金属在水稻植株不同部位的积累分布明显不同,成熟期水稻植株中Cu在水稻不同部位的质量分数为根〉茎≥叶〉米粒〉谷壳,Ni的分布规律为根〉叶〉茎〉米粒〉谷壳,Cr的分布规律为根〉叶〉谷壳≥茎〉米粒,Cd的分布规律为根〉茎〉叶〉米粒〉谷壳;且随着重金属处理量的增加,水稻植株不同部位的重金属质量分数也呈上升趋势。成熟期米粒中Cu、Ni、Cr和Cd的质量分数范围分别为：4.50~6.19、1.86~4.63、0.72~0.76和0.08~0.39 mg·kg-1,与无公害食品标准（GB15199-94、GBT2762-2005）相比,米粒中Cu和Cr的质量分数均未超标,而Ni和Cd（Cd高剂量处理时）的质量分数均超标,存在食用安全风险。重金属在水稻植株不同部位的质量分数随生育期均呈现先升后降的趋势,灌浆中期达到最大,而到成熟期又明显降低。不同重金属在水稻植株中的富集能力和分布规律均呈现明显差异,不同生育期水稻植株中重金属的质量分数明显不同但其质量分数变化呈明显规律性。     

Water management affects arsenic and cadmium accumulation in different rice cultivars

Paddy rice (Oryza sativa L.) is a staple food and one of the major sources of dietary arsenic (As) and cadmium (Cd) in Asia. A field experiment was conducted to investigate the effects of four water management regimes (aerobic, intermittent irrigation, conventional irrigation and flooding) on As and Cd accumulation in seven major rice cultivars grown in Zhejiang province, east China. With increasing irrigation from aerobic to flooded conditions, the soil HCl-extractable As concentrations increased significantly and the HCl-extractable Cd concentrations decreased significantly. These trends were consistent with the As and Cd concentrations in the straw, husk and brown rice. Water management both before and after the full tillering stage affected As and Cd accumulation in the grains. The intermittent and conventional treatments produced higher grain yields than the aerobic and flooded treatments. Cd concentrations in brown rice varied 13.1–40.8 times and As varied 1.75–8.80 times among the four water management regimes. Cd and As accumulation in brown rice varied among the rice cultivars, with Guodao 6 (GD6) was a low Cd but high-As-accumulating cultivar while Indonesia (IR) and Yongyou 9 (YY9) were low As but high-Cd-accumulating cultivars. Brown rice Cd and As concentrations in the 7 cultivars were significantly negatively correlated. The results indicate that As and Cd accumulated in rice grains with opposite trends that were influenced by both water management and rice cultivar. Production of ‘safe’ rice with respect to As and Cd might be possible by balancing water management and rice cultivar according to the severity of soil pollution.     

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。     

重金属在土壤-水稻体系中的分布、变化及迁移规律分析

以佛山市南海区小塘镇和高明区杨梅镇的标准农田为研究对象,分析重金属在土壤和水稻植株不同部位的分布及其随时间变化、迁移规律。结果表明:重金属被水稻吸收以后,多数仍滞留在土壤里,只有少量向地上部分迁移。重金属在水稻植株不同部位的质量分数分布由大到小的次序为:根→茎→籽→叶。水稻地上部分中4种重金属元素分布由大到小的次序是:Zn→Cu→Pb→Cd。水稻分蘖期重金属在根、茎和叶的积累量达到最大,随着时间的延续,在根部积累的重金属就越来越少,茎和叶积累的重金属在拔节期降至最小,随后又慢慢上升。4种重金属在水稻植株中的迁移能力由大到小依次为:Cd→Zn→Cu→Pb,但也有个别情况是Cu的迁移能力大于Zn。     

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。     

玉米（Zea mays）对镉积累与转运的品种差异研究

通过田间实验,研究了25个玉米（Zea mays）品种在Cd质量分数为50 mg·kg-1胁迫条件下,Cd对不同玉米品种生长的影响,以及不同玉米品种对Cd积累和转运的品种差异,以期筛选出Cd低积累玉米品种。结果表明：25个玉米品种的生物量和产量对Cd胁迫的响应,以及不同品种根、茎叶和籽粒对Cd的吸收、累积及转运能力存在显著差异（P＜0.05）。有20个品种生物量和19个品种产量下降;有2个品种籽粒的Cd质量分数超过了国家规定的食品卫生标准（≤0.1 mg·kg-1）,占供试品种的8.0%,所有品种茎叶的Cd质量分数均超过了国家规定的饲料卫生标准（≤0.5 mg·kg-1）,超标率为100%;25个玉米品种的富集系数范围为0.063~0.899、茎叶转运系数范围为0.038~0.554、籽粒转运系数范围为0.000~0.111,均小于1,其中有8个品种富集系数〉0.5,1个品种茎叶转运系数〉0.5,而所有品种的籽粒转运系数均〈0.5,说明玉米对土壤Cd仍有一定的吸收能力,但地下部向地上部转运能力以及由茎叶向籽粒的转运能力较弱;根据玉米生物量、产量、籽粒Cd含量以及对Cd的富集系数和转运系数等指标进行评价,认为云瑞8号、会单4号、路单7号3个品种可作为Cd低累积玉米品种,可在云南Cd重度污染土壤上推广种植。     

Influence of iron plaque on chromium accumulation and translocation in three rice (Oryza sativa L.) cultivars grown in solution culture

Hydroponic experiments were conducted to investigate the role of iron plaque on root surface in chromium accumulation and translocation in three rice cultivars (90-68-2, CDR22 and Jin 23A). Rice seedlings were grown under 1.0 mg L^?1 trivalent chromium (Cr(III)) stress with and without phosphorus (P) treatments. P addition significantly increased the shoot and root biomass in all three rice cultivars. In the absence of P, the amounts of iron plaque (DCB-extractable Fe) on the root surface increased resulting in the increase of Cr accumulation in iron plaque. Compared to that with P treatment, Cr concentrations in iron plaque without P treatment were enhanced by 2–3 folds in the three rice cultivars. There was a significantly positive correlation between DCB-extractable Cr and DCB-extractable Fe on the root surface of the three rice cultivars. There were no significant effects on Cr concentration in roots and shoots between P treatments, but significant differences among cultivars were observed. Cultivar Jin 23A had the lowest Cr concentration both in roots and shoots regardless of P treatment. The results suggest that iron plaque could be a trap for immobilising Cr from environment but may not affect Cr uptake and translocation. Screening and breeding the cultivars with low Cr accumulation is considered as the most effective approach in Cr contaminated areas.