砷-铅交互作用对水稻根表铁膜富集及根系吸收砷铅的影响

采用土-砂联合培养方法诱导水稻根表自然形成铁氧化物膜,研究了As-Pb交互作用对水稻根表铁膜吸附砷铅及根系吸收As和Pb的影响.结果表明,As和Pb的添加显著地影响水稻根表铁膜对As和Pb的吸附,并且As-Pb交互作用显著地影响水稻根系对两元素的吸收及根表铁膜对As的吸附.添加Pb可促进水稻根系对As的吸收.当As浓度为25μmol.L-1时,浓度为25μmol.L-1Pb处理与对照相比导致水稻根系吸收As提高了53.3%.同样,施用As也可以促进水稻根系对Pb的吸收,当Pb的浓度为25μmol.L-1和50μmol.L-1时,50μmol.L-1As处理与对照相比,水稻根系吸收Pb分别提高20.2%和28.6%.添加As显著地促进Pb由铁膜向根系中转运,而添加Pb对As由铁膜向根系中的转运影响不大.因此,在重金属复合污染情况下,水稻根表铁膜对重金属的吸附及根系对重金属的吸收均存在着复杂的交互作用.     

ERF3促根突变体缓解高浓度CO_2对粳稻植株氮吸收的负效应

大气CO_2浓度升高会显著降低粳稻植株和叶片氮浓度,从而减缓叶片净光合速率和降低产量的响应幅度。植物氮浓度在高CO_2浓度下的降低与植株氮素吸收能力密切相关,而后者受到根系大小及其活力的调控。为探索通过提高粳稻根系生长及其活力来缓解大气CO_2浓度升高对氮吸收负效应的可行性,利用CO_2生长箱和农田开放式空气CO_2浓度增高FACE(free air CO_2 enrichment)研究平台,以促根突变体ERF3及其野生型作为研究对象,评价二者根系形态指标(总根长、冠根数和扎根深度)、根系活力、氮素吸收和利用效率、各器官氮浓度、叶片净光合速率和地上部生物量对CO_2浓度升高(+200μmol?mol-1)的响应。结果表明,(1)促根突变体ERF3和野生型总根长、冠根数、扎根深度及根系生物量在高CO_2浓度下均表现为显著增加(P0.05)。突变体ERF3根系形态指标和生物量对高CO_2浓度的响应幅度为42.3%~288.9%,较野生型高出6.4%~191.0%。(2)突变体ERF3单茎根系活力在高CO_2浓度下表现为显著(P0.05)增加,增幅为212.1%;而野生型在高CO_2浓度下无显著变化。(3)无论是生长箱还是田间盆栽试验,突变体ERF3在高浓度CO_2下均可以更好地协调氮素的吸收和利用过程。突变体ERF3各器官的氮浓度在高浓度CO_2下并未表现出明显降低趋势;而野生型在高浓度CO_2下表现为显著降低。(4)叶片氮浓度和Rubisco含量的稳定显著提高(P0.05)了突变体ERF3叶片的净光合速率对浓度CO_2升高的响应能力,增幅为42.8%。以上结果表明,未来育种可考虑通过提高粳稻根系生长和活力来减缓CO_2浓度升高对粳稻植株氮素吸收的负效应,从而促进水稻生长和生产。     

植物砷吸收与代谢的研究进展

砷(As)作为一种植物非必需的类金属元素广泛存在于自然界中,砷过量摄人不仅会对植物生长产生毒害作用,而且在植物的可食部位累积并通过食物链对人体健康构成威胁.生长介质中的砷酸盐(五价砷)一般是通过磷酸盐转运蛋白被植物吸收的,而亚砷酸(三价砷)和没有解离的甲基化砷则主要是通过质膜上的水通道蛋白被植物吸收的.在植物体内五价砷...     

拟南芥体内水杨酸对砷积累的影响

采用拟南芥野生型和水杨酸合成缺失突变体sid2,对砷的积累进行了实验研究.发现两种拟南芥地上部对砷的积累都随着砷暴露浓度的提高和暴露时间的延长而增加,但突变体sid2体内的水杨酸含量低于野生型,其体内积累的砷浓度明显低于野生型;并且野生型体内水杨酸含量与砷浓度存在显著的线型关系（R2=0.76）.可能是由于水杨酸参与了...     

磷、砷双重胁迫对不同耐低磷水稻苗期生长及磷、砷吸收的影响

以1个耐低磷和1个低磷敏感水稻为材料,通过土培试验研究磷、砷双重胁迫对水稻苗期生物学特性及磷、砷吸收的影响,并比较不同品种之间的差异.结果表明,相同磷水平下,外加砷浓度为小于25 mg/kg时,水稻的生物量、叶宽、株高、SPAD值及磷吸收量均随砷浓度的增加而增加,当砷浓度达到50 mg/kg时开始下降,两个品种表现相同趋势.说明少量砷可以刺激水稻生长,促进磷的吸收,砷用量过多则抑制水稻的生长及磷的吸收.相同砷水平下,水稻生物学性状及磷、砷吸收量随磷用量的增加而增加,两个品种亦表现相同趋势.说明适当施磷肥可以缓解砷对水稻生长的抑制作用.上述结果表明,低浓度的磷、砷具有协同效应,高浓度的磷、砷表现拮抗作用.此外,相同磷、砷水平下,供试耐低磷水稻的生物学性状及其相对值较低磷敏感水稻大;但相对磷吸收量(除磷处理为150 mg/kg外)比低磷敏感水稻小,而砷吸收量及其相对值均比低磷敏感水稻多,这可能与二者的磷营养特性及水稻对磷和砷的竞争吸收有关.图7表1参19     

汞、砷复合污染对水稻生长及吸收汞、砷的影响

在温室条件下,采用水培方法研究汞、砷复合污染对水稻的生长及对汞、砷吸收的影响.实验结果表明:1)汞、砷复合污染可以显著地降低水稻生物量,汞、砷具有显著的交互作用.2)营养液中汞浓度大于0.5mg·L-1时,可显著降低水稻光合速率、二氧化碳气孔导度、蒸腾速率(p<0.001),而砷的影响不显著.3)随营养液中汞浓度的增加,水稻根部和地上部汞含量显著增加,砷对水稻吸收汞的影响不显著,二者无交互作用.随营养液中砷浓度的增加,砷在水稻根部和地上部的累积显著提高,营养液中的汞显著抑制了水稻根部对砷的吸收,二者表现为拮抗作用;而汞对砷在水稻地上部累积的影响则较复杂,随着汞浓度由0.5mg·L-1增加到1.5mg·L-1,水稻地上部砷含量表现出先降低再升高的趋势.     

砷胁迫下水磷耦合对不同磷效率水稻根表铁膜及其各部位砷含量的影响

为探索缓解水稻砷毒害的农艺措施,以耐低磷水稻99011和低磷敏感水稻99012为材料,通过土培试验,研究水分、磷用量及其交互作用对不同砷浓度酸性土壤中水稻根表铁膜以及植物体内砷分配的影响。结果表明,节水灌溉(干湿交替)明显减少水稻根表铁膜量,降低铁膜、根系、秸秆、颖壳和精米中的砷含量。与30mg·kg-1P2O5相比,180mg·kg-1P2O5能明显减少两个品种水稻的根表铁膜量以及根系和秸秆中的砷含量;对耐低磷品种铁膜砷含量影响不大,但显著降低磷敏感品种铁膜砷含量;在50mg·kg-1砷处理中增加磷用量对水稻颖壳砷含量影响不大,在100mg·kg-1砷处理时能显著降低颖壳砷含量;增加磷用量可明显增加耐低磷品种的精米砷含量,降低磷敏感品种的精米砷含量。水、磷交互效应主要受水分效应的影响。加砷处理后,相同处理下耐低磷品种的根表铁膜量和铁膜中的砷含量显著高于磷敏感品种,而根系、秸秆、颖壳和精米中的砷含量则相反。研究表明,可以通过节水灌溉,并根据砷污染程度和植物磷营养特性确定适当的磷肥用量,从而减少砷在水稻体内的累积,提高食品安全。     

水稻根系吸收砷的动力学特征及硅的缓解机制（Uptake Kinetics of Arsenic Species in Two Genotypes of Rice Plants and Mitigatory Mechanism of Silicon）

采用室内模拟的方法,研究了两种基因型水稻(硅突变体和野生型)根系吸收As的动力学特征以及Si对水稻吸收As的影响.结果表明,两种基因型水稻根系对As(III)和As(V)的吸收均可以用Freundlich模型较好地模拟.外源Si的加入可显著降低水稻根系对As(III)和As(V)的吸收.在20μmol·L-1As处理下,与不加Si处理相比,加1.0mmol·L-1Si处理导致水稻根系吸收As(III)和As(V)分别降低94.1%和92.2%(野生型);74.4%和90.2%(突变体).在100μmol·L-1As处理下,水稻根系吸收As(III)和As(V)则分别降低64.5%和91.2%(野生型);76.1%和90.6%(突变体).     

砷对植物生长和生理生化的影响与机制综述

有色金属开采冶炼、工业排污及农业污水灌溉等导致大量砷(As)进入土壤,土壤砷污染问题日益突出。砷与磷(P)为同主族元素,具有相似的化学性质和化学行为,砷通过植物根系的磷转运蛋白被植物吸收。砷在植物体内竞争取代化合物中的磷,并与巯基结合导致蛋白失活,影响植物生长和正常生理代谢。然而亦有研究发现,一定浓度的砷可影响植物生理生化过程,并对植物生长产生促进作用。本文综述了砷在植物体内的含量与分布,重点阐述砷对植物生物量、营养元素吸收、生长代谢相关生理生化指标(内源激素、光合参数、丙二醛、抗氧化酶、渗透物质)及根际环境和植物促生菌群落的影响与机制,以期为理解砷促进超富集植物生长机制的研究提供理论基础,为挖掘可降低砷毒性和提高砷抗性的方法过程机制提供技术参考。     

土壤中铜、砷对水稻生长发育影响的研究

通过田间小区试验，研究了广州近郊冲积土添加重金属铜、砷对水稻生长发育的影响．结果表明，随着铜、砷浓度的增加，水稻的株高、生物产量和经济产量均明显下降；铜、砷在水稻各器官的含量分布是根＞茎叶＞糙米；糙米对铜、砷的吸收累积量很少，均未超过食品卫生标准．若以产量下降10％作为水稻受害的临界点，则铜的临界浓度为100mg／kg，砷为30mg／kg．     

集胞藻(Synechocystis sp. PCC6803)对砷吸收转化特性的初步研究

砷是一种广泛存在于环境中的有毒物质.集胞藻属于单细胞藻类,广泛分布在淡水生态环境中.采用营养液培养的方法探讨了集胞藻(Synechocystis sp.PCC6803)对砷的累积和转化特性.当集胞藻分别暴露于2和100 μM的无机As(Ⅲ)和As(Ⅴ)14 d后,体内的砷形态均以As(Ⅴ)为主,并且在100 μM浓度处...     

Sequestration of As by iron plaque on the roots of three rice (<Emphasis Type="Italic">Oryza sativa</Emphasis> L.) cultivars in a low-P soil with or without P fertilizer

A pot experiment was carried out in a greenhouse to investigate the sequestration of As in iron plaques on root surface of three rice (Oryza sativa L.) cultivars. Phosphate (P) fertilization increased both plant biomass and tissue P concentrations significantly, indicating that the soils used in this study was highly P-deficient. Results from this study confirmed that low P supply improved the formation of iron plaque on rice roots. As a consequence, arsenic (As) concentrations in DCB-extracts with no P addition were significantly higher than those with P fertilization. Arsenic was highly sequestrated in iron plaque; arsenic concentration in iron was up to nearly 120 mg kg⁻¹, while arsenic concentrations in roots were just several mg kg⁻¹. Both arsenic and phosphate concentrations in iron plaque were highly positively correlated with the amounts of iron plaque (DCB-extractable Fe). Contrary to normal understanding that increasing P supply could reduced As accumulation in plants, results from the present study showed that P fertilization did not inhibit the As uptake by plants (As accumulation in aboveground), which was probably due to the fact that iron plaque formation was improved under low P conditions, thus leading to more As sequestration in the iron plaque. Thus results obtained in this study indicated that the iron plaque may inhibit the transfer of As from roots to shoots, and thus alter the P–As interaction in plant As uptake processes.     

Characteristics of arsenic accumulation by the seaweeds Fucus spiralis and Ascophyllum nodosum

This study examines the accumulation of ⁷⁴As-arsenic in the seaweeds Fucus spiralis (L.) and Ascophyllum nodosum (L.) collected from Restronguet Creek in southwest England during 1978. Also, the influence of environmental factors (valence state of arsenic, pH, salinity, temperature, phosphate concentration) and metabolic inhibitors on the uptake of arsenic by F. spiralis is examined. Most of the arsenic in the seaweeds was non-exchangeable with labelled arsenic in the medium. The accumulation of ⁷⁴As reached a steady state in 1 to 8 d, depending on the species and external arsenic concentration. At steady state the accumulated arsenic is proportional to external arsenate concentration. F. spiralis accumulated 4 times more arsenate than arsenite. The short-term uptake of arsenic increased in proportion to the external arsenic concentration up to a level of 1000 g l^-1; it then remained constant at higher levels of arsenic. Arsenic uptake increased in direct proportion to increasing temperature. Variation of pH or salinity had no effect on arsenic incorporation. The accumulation of arsenic occurred only in living tissue and was inhibited by KCN in a concentration-dependent manner. The uptake of arsenic by F. spiralis in the presence of photo-synthetic inhibitors (DCMU or CMU) or in the dark was greater than in the light controls. Thus, it was concluded that energy is required for arsenic uptake and this is derived from respiration rather than photosynthesis. There was no evidence for a common mechanism of phosphate and arsenate uptake by macroalgae, although high concentrations of phosphate (40 to 400 M) initially inhibited arsenate uptake.     

Species-level study on arsenic availability from dietary components

Arsenic (As) contaminated water and foodstuffs are of major concern. Samples of drinking–cooking water (n = 50), raw rice (n = 50), common vegetables (eight types), and common pulses (three types) were collected from households in the endemic region. The study found up to 70% As reduction by using safe water for cooking of rice and vegetables. Speciation study reflected more arsenate than arsenite and other organic arsenicals in all the types of samples. Male intake of 293 μg As through drinking water contained 38 μg arsenite and 246 μg arsenate, and female intake of 199 μg As contained 167 μg arsenate and 25 μg arsenite. In cooked rice, 108 μg As contained 69 μg arsenate and 17 μg arsenite with 9 μg dimethylarsonic acid (DMA). Total As consumption from cooked vegetables was 45 μg with 34 and 4 μg of arsenite and arsenate, respectively, and 5 μg of DMA. Data indicate that cooking with As-free water removes arsenic in already contaminated foodstuffs but without interconversion of the As species, from toxic inorganic to less toxic organic forms.     

硅促进水稻种子萌发及缓解幼苗砷毒性的效应研究

通过As~(Ⅲ)胁迫下水稻种子的发芽试验和幼苗毒性试验,研究了外源硅对水稻种子发芽率、幼苗生长的影响及其缓解幼苗砷毒性的效应。外源硅的2种处理方式为种子萌发时添加外源硅(Si1)和采用硅处理液浸种(Si2)。结果表明,发芽时介质中As浓度达到10 mg·L~(-1)时显著抑制水稻种子萌发(P0.05),发芽率仅为80%,但是Si1和Si2处理下发芽率则提高到97%和100%,这说明外源硅可促进砷胁迫下水稻种子萌发;砷浓度≥5 mg·L~(-1)时,Si1和Si2处理均可提高水稻的相对幼苗高度和根耐性指数,提高幅度分别为6.00%~16.8%和57.9%~77.0%、7.10%~23.5%和54.2%~61.2%,并且降低了水稻幼苗砷含量,降低幅度分别为17.8%~21.4%和31.0%~49.1%。这说明外源硅处理可促进砷胁迫下水稻幼苗的生长;不同砷浓度处理与水稻芽长、根长及幼苗干重之间存在"S"型的剂量-效应关系,且外源硅显著提高了相应的EC50,缓解了砷对水稻幼苗生长的毒性。综上所述,砷胁迫下水稻种子萌发时添加外源硅或采用硅处理液浸种均可促进水稻种子萌发和幼苗生长,并降低了幼苗砷累积和缓解砷对水稻幼苗的毒性。     

砷形态在湖水中垂直分布的研究

本文以天津水上公园湖泊作为研究现场，通过采样分析，研究了湖水中砷酸盐、亚砷酸盐、一甲基胂酸盐和二甲基胂酸盐的垂直分布及其影响因素。结果表明水上公园湖泊中砷酸盐是溶解态砷的主要存在形式，其垂直分布与悬浮物、叶绿素ａ、磷酸盐的浓度、水文等诸因素密切相关；一甲基胂酸盐含量保持相对稳定；光致转化是影响水中亚砷酸盐垂直分布差异的一个因素。     

根表铁锰膜对不同生育期水稻吸收和转运As的影响

采用土壤盆栽试验法,研究不同生育期水稻根表铁锰膜形成及其对As吸收和转运的影响。结果表明,两个水稻品种YD6和NK57均在分蘖期形成的铁锰膜量最多,成熟期形成的铁锰膜量最少。水稻根系和茎叶吸收积累As随着水稻不同品种和不同生育期变化较大,As的吸收和积累与铁锰膜形成存在相关性。与分蘖期相比,YD6和NK57成熟期根系As含量分别减少81.6%和62.1%。孕穗期YD6和NK57茎叶As含量分别比分蘖期减少86.4%和65.5%,比成熟期减少87.8%和67.1%。分蘖期水稻根系和茎叶As含量与DCB-Fe或DCB-Mn浓度均呈显著的负相关关系,而孕穗期水稻根系和茎叶As含量与DCB-Fe浓度呈显著的正相关关系,说明不同生育期铁锰膜对水稻植株吸收和转运As的影响不同。两个水稻品种不同生育期,As均主要富集和分配在根表铁锰膜中,铁锰膜中As的分配比率达62.9%～84.9%。NK57从根表铁锰膜、根系和茎叶向籽粒转运As的能力比YD6强,籽粒中As含量是YD6的2.1倍。结果表明可以通过选育As低积累和低转运的水稻品种,来降低污染地区As对人体健康的威胁。     

福建省稻米中的砷水平及其健康风险研究

为更好了解区域水平上水稻(OryzasativaL.)砷所引起的健康风险,在福建省9个地区采集了206份水稻样品并对其总砷和无机砷含量进行了分析,然后在此基础上建立风险评价模型并对其健康风险进行了评价。结果表明,福建省水稻精米中总砷平均含量为(0.105±0.091)mg·kg-1,无机砷平均含量为(0.045±0.019)mg·kg-1。全省所有样品中无机砷含量符合中国国家标准规定的限量标准(MCL)0.15mg·kg-1。通过膳食调查的数据和水稻无机砷含量对每天通过稻米消费无机砷摄入量进行了计算,全省平均每天无机砷摄入量为13.50μg,并且9个地区每天无机砷摄入量均超过了美国国家研究委员会所规定的最大限量标准10μg·d-1。根据无机砷摄入量和癌症斜率因子所构建的癌症风险模型结果表明,福建省稻米无机砷所引起的癌症风险为每100000有37.5人,虽然低于中国的平均水平(每100000有61人),但是超过了美国国家环境保护局所规定的可以接受的癌症风险的上限(每100000人有10人)。因此,需要进一步通过流行病学方面的调查来确定福建省稻米无机砷摄入和健康风险之间的关系。     

抗氧化系统在蜈蚣草细胞砷解毒机制中的作用

砷超富集植物——蜈蚣草体内可以富集高浓度的砷且不表现出受害症状,暗示蜈蚣草细胞具有较强的砷解毒机制.为探讨抗氧化系统在蜈蚣草砷解毒机制中的作用,测定了0、0.5、1和2mmol/L的砷酸盐[As(Ⅴ)]、亚砷酸盐[As(Ⅲ)]和二甲基胂酸盐(DMA)处理下蜈蚣草愈伤组织的丙二醛(Malonyldiadehyde,MDA)含量、非酶类抗氧化物质含量和酶类抗氧化物质的活性.结果表明,0.5mmol/L As(Ⅴ)和DMA就可以诱导氧化胁迫的产生,浓度越高胁迫程度也越严重.而1mmol/L的As(III)仍未使蜈蚣草愈伤组织产生氧化胁迫.在As(Ⅲ)处理下,酸溶性巯基含量增加,叶绿素和类胡萝卜素含量不变,过氧化氢酶(Catalase,CAT)和过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性增加.在As(Ⅴ)处理下,酸溶性巯基含量减少,叶绿素和类胡萝卜素含量略有上升;CAT和POD活性先增加后减少.在DMA处理下,酸溶性巯基含量减少,叶绿素含量降低而类胡萝卜素含量增加,CAT和POD活性先增加后减少.与As(Ⅴ)和DMA相比,As(Ⅲ)处理下高酸溶性巯基含量、高氧化酶活性和低MDA含量暗示As(Ⅲ)对蜈蚣草的毒性可能比As(Ⅴ)和DMA要小.这些结果表明,酸溶性巯基和酶类抗氧化物质(CAT和POD)在蜈蚣草细胞砷解毒机制中发挥着重要作用.图4参22     

接种丛枝菌根真菌(Glomus mosseae)对旱稻吸收砷及土壤砷形态变化的影响

采用接种和不接种菌根真菌(Glomus mosseae)两种模式,研究了菌根真菌对旱稻中砷积累的影响。结果表明接种菌根真菌能够明显提高旱稻地上部磷的含量(对照0.84g·kg-1,接种2.23g·kg-1)和地下部(对照0.76g·kg-1,接种1.04g·kg-1)对磷的吸收;降低地上部(对照2.40mg·kg-1,接种0.69mg·kg-1)和地下部(对照8.90mg·kg-1,接种4.87mg·kg-1)中砷的积累;提高磷从地下部向地上部的转运能力,从而有效抑制了砷从地下部到地上部的传输。进一步研究发现,菌根真菌还可以降低土壤溶液中AsIII和总砷含量,即菌根真菌能够降低水稻可获得的砷含量,从而减少砷对人体健康的威胁。