温度和镉胁迫对水稻光合生理及镉吸收的影响

论文总字数：13798字

目 录

摘要 1

Abstract 2

引言 3

1材料与方法 4

1.1供试土壤 4

1.2水稻植株培养 4

1.3光合生理指标的测定和样品采集处理 4

1.4样品处理 5

1.5数据分析 5

2结果与讨论 5

2.1温度和镉胁迫对水稻生物量的影响 5

2.2温度和镉胁迫对水稻镉吸收的影响 5

2.3 温度和镉胁迫对水稻抗氧化系统的影响 7

2.4温度和镉胁迫对水稻光合生理指标的影响 8

3结论 10

参考文献 10

致谢 12

温度和镉胁迫对于水稻光合生理及镉吸收的影响

邹晗

, China

Abstract: Using the soil which was collected from a rice field at Agricultural Experiment station of Meteorology, Nanjing University of Information Science and Technology and ZhenDao 16 rice to do pot experiment. We conducted to investigate effects of temperature and cadmium stress on photosynthetic physiology and cadmium uptake in rice. The results showed that cadmium stress will lower rice biomass. Cadmium concentration in soil play a decisive role in cadmium uptake in rice. When cadmium concentrations in soil is low rice of cadmium enrichment is not obvious, but the concentration of cadmium in rice leaf and stem will increase with the rise of cadmium concentrations in soils.The efffects of temperature on cadmium enrichment is not obvious.But transportation of cadmium may be affected by transpiration.Cadmium stress to a certain degree will increase the activity of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) in rice, and decline the malondialdehyde (MDA) content in rice.Cadmium have no significant effect on rice photosynthetic physiological indexes, rice photosynthetic physiology will be affected by temperature.

Key Words:rice; Cadmium; temperature; photosynthetic physiology

引言

作为世界上最大的水稻生产国和消费国，稻米质量对于中国而言至关重要^[1]。镉广泛应用于冶金，电镀等行业中，进而随着废弃物排放而进入环境。作为非人体所必需的元素，镉可以随着食物链进入人体且极易在人体内累积。在人体中，镉可以通过血液运输到全身，在经过一系列生物毒性反应后，会对人的内脏和骨骼产生破坏作用，甚至有致癌的风险^[2]。日本的“痛痛病”就是人饮用了受镉污染的水导致的^[3-4]。随着工业的发展，镉污染有加重的趋势。有研究^[5]表明，我国镉污染土地面积已达20万km^-1，占到耕地面积的1/6，涉及到11个省市25个地区，每年生产镉米五百万吨以上。在部分被工矿污染的地区的调查发现大部分小麦或者稻米中镉的含量超过1mg kg^-1，而FAO(联合国粮农组织)/WHO(世界卫生组织)的标准为0.1mg kg^-1，食用这些农产品很有可能会对人的身体造成损害。当土壤中可溶态镉含量为0.43 mg kg^-1时，水稻减产10%，当含量为8.1mg kg^-1时水稻减产达25%。土壤中镉含量的增高不仅使稻米的有害成分增加成为“镉米”，而且还引起稻米的氨基酸及淀粉中的支链淀粉和直链淀粉比例改变，使其品质变差^[6]。镉不仅会影响稻米的品质，还会危害到水稻的正常生理活动。在镉胁迫下，由超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)组成的植物保护酶系统受到破坏。镉通过拮抗作用干扰水稻对Mn、Zn、Mg等元素的吸收、迁移，阻断营养元素向叶部输送，使植物叶片中叶绿素减少，叶片失绿，光合作用速率下降。用不同浓度的镉溶液进行不同品种水稻水培实验结果表明，光合作用强度随镉浓度的增加而降低，水稻幼苗叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)等光合指标下降^[7]。有实验结果表明^[8]，经过不同镉浓度处理的水稻根长、株高等指标均会下降，且与浓度呈反比，这是由于镉影响了水稻内部基因的表达和蛋白质合成。

随着大气中温室气体的增加，全球气候变暖，预计到2050年，温度将升高1-2℃^[9]。本身作为植物生长过程中的重要因素的温度也应该成为研究过程中关注的重点。作为一种喜温作物，在适宜的温度范围内，提高温度会促进水稻的光合作用，但是水稻高温灾害在我国和东南亚的水稻产区也屡见不鲜。高温除了会导致常见的“气孔因素”降低光合作用速率，还有可能会对叶片的光合机制产生破坏^[10]。温度也会影响水稻对镉的吸收，早稻糙米中的镉浓度一般比晚稻糙米中的镉浓度要高得多，这可能是由于早稻花序形成期后的气温高，水稻蒸腾速率强，镉可以随着水稻吸收营养物质的同时运输到水稻内部，并累积在茎叶和籽实中；而晚稻的花序形成期后气温则逐渐下降，蒸腾率减小，镉在籽实、茎叶中的积累也相应减少^[11]。植物对于镉的吸收还会受到土壤微生物活性和根际pH值的影响。糙米中的镉含量与土壤pH值呈负相关，原因是土壤中镉活性会随着pH降低而升高从而更容易被水稻吸收。土壤微生物分泌的有机酸、铁载体等物质可以活化土壤中的镉，促进水稻对镉的吸收^[12]。而众所周知温度是影响微生物活性的重要因素，因此有可能温度通过影响相关微生物的活性和土壤pH进而影响镉的富集作用。

水稻作为我国主要粮食作物之一，全国60%以上的人口以大米为主食，稻米的质量是我国粮食安全的重要一环，与每一个普通民众的生活息息相关。在镉污染日益严重的情况下，如何科学有效地应对镉污染已经成为摆在我们面前的重要课题。应对镉污染的重要前提是研究镉对于作物生理的影响，明确镉在生物体内的吸收，迁移，转化规律，藉此对于镉污染防治提供可靠的理论指导。我们通过利用实验模拟自然环境中受到镉胁迫的水稻的生长情况，研究不同温度下镉的富集规律及其对水稻光合生理的影响，以期为应对水稻镉污染提供理论基础。

1 材料与方法

1.1供试土壤

土壤为农业气象试验站水稻土。采集表层土壤0-20cm，晒干后混匀，过筛。并测定土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾等基本理化性质，其结果见表1。

表1 供试土壤的基本理化性质

Table1 Physiochemical properties of the soil used in this study

土壤处理：将过筛过后的土壤装入PVC盆中，每盆1千克。镉以氯化镉的形式加入，施入量分别为0（Cd0），1(国家土壤环境质量三级标准，GB15618-1995) （Cd1），10mg kg^-1（Cd10）。每个处理3个重复，共3*3*3=27盆。向土壤中加入自来水，保持土壤湿润。纯化一个月后，向土壤中加入10ml含有40gN L^-1 、12．5gP L^-1、和25gK L^-1的NH₄H₂PO₄，CO(NH₂)₂和KCL混合溶液，使施入土壤中N、P和K分别为400mg kg^-1，125mg kg^-1和250mg kg^-1。淹水一个星期后，移栽。

1.2水稻植株培养

供试水稻品种为镇稻16号。水稻种子用30%的双氧水浸泡消毒15min，用去离子水洗净后浸泡在蒸馏水中，并在30摄氏度的培养箱中过夜。然后转移到吸水纸上，并不断地补充水分。发芽5天后，选取长势一致水稻秧苗进行盆栽试验。在移苗前，装好盆的供试土壤淹水老化平衡一周，每盆移栽5棵长势一致的水稻秧苗，水稻生长期间，不断补充分水，保持土壤中的水高出土壤表面2-3厘米。

水稻在自然条件下成活并生长20天后放入作物生长箱，进行高温处理，有三个温度梯度，白天和夜晚的温度分别为30℃/25℃（T1），35℃/30℃（T2），38℃/33℃（T3）。高温处理时间为7:00-20:00，低温为20:00-7:00。

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