论文总字数：15953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盆栽试验设计 4

1.3样品的采集和测定 5

1.4样品分析 5

1.5数据分析 5

2结果与讨论 5

2.1砷胁迫下温度变化对水稻生物量的影响 5

2.2砷胁迫下温度变化对水稻光合生理指标的影响 6

2.2.1不同处理对水稻净光合速率、胞间二氧化碳浓度和气孔限制值的影响 6

2.2.2不同处理对水稻气孔导度和蒸腾速率的影响 8

2.3 砷胁迫下温度变化对水稻酶活性的影响 9

2.4砷胁迫下温度变化对水稻地上各部分砷含量的影响 10

3结论 11

参考文献 12

致谢 14

温度对水稻砷吸收及酶活性的影响

李君

, China

Abstract: Due to the increasingly severe heat damage and the problem of arsenic pollution in rice fields, the study of the effects of high temperature on rice physiology is very important for the promotion of rice production. The effects of high temperature and arsenic pollution on the biomass of rice, photosynthetic physiological indexes, enzyme activities and arsenic uptake in rice were studied by pot experiment in the present study. The results showed that the high temperature stress significantly reduced the rice yield and promoted the transpiration rate of rice. Temperature stress and arsenic stress to a certain degree will increase the activity of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) in rice, protect the normal growth of rice and decline the malondialdehyde (MDA) content in rice. But excessively high temperature stress and arsenic stress will reduce the protective effect of the system of enzyme protection and cause damage to rice. High temperature stress could significantly reduce the uptake of arsenic in rice stems.

Key Words: rice, temperature, photosynthetic characteristics, arsenic uptake, enzymatic activities

引言

随着工农业的不断发展，越来越多的环境污染问题引起了人们的普遍关注。工业化的发展使人们需要消耗大量的化工燃料，使大气中温室气体增加，全球气候变暖问题持续加剧，地球表面的平均温度不断升高。在许多的国家和地区，高温已经成为影响水稻生长发育的一个重要因素 ^[1]。根据IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) 第五次评估科学基础报告结果，从1880年到2012年，全球地表平均温度升高了约0.85℃ ^[2]。由于温度的不断升高，长江流域夏季高温热害天气也频繁出现，每年的七月中下旬和八月上旬是高温热害天气的集中发生期，此时水稻处于幼穗分化期到抽穗扬花期，高温会影响水稻的生长发育，阻碍其光合作用，使干物质积累减少，导致水稻产量下降^[3-4]。夜间温度升高会使水稻的光合速率降低，也会使水稻光合速率高值的持续时间缩短，从而减少了水稻叶片的叶源量，也就降低了叶片中碳水化合物的含量^[5-6]。

砷是一种土壤中的类金属污染物质，具有致畸、致癌的危害，被列为国内外优先控制的污染物之一。砷广泛的存在于自然界，而砷与其化合物也被广泛地运用在农药、除草剂、杀虫剂及合金等众多领域。正因为砷广泛的存在和应用，导致许多国家出现了砷污染现象，我国也有许多地方出现了砷中毒现象^[7]。在我国的湖北、广西、山西等省份存在着不同程度的砷污染问题，而且在新疆、河南等地也出现过砷污染地下水，进而导致人中毒事件的发生^[8]。如湖南郴州的炼砷区，在2000年因当地农民使用污染过的井水灌溉农田，致使40多公顷的农田抛荒^[9]。遭受污染的土壤，土壤中的砷又会随着水体的迁移而污染大面积的农田土壤^[10]。而水稻的淹水栽培模式及其自身的生理特性，导致水稻对砷具有较强的富集能力，从而造成了水稻田的土壤砷污染现象日趋严重^[11]。此外，在砷污染过的土壤中种植水稻，或者用含有砷污染的水源灌溉水稻，都会造成砷在稻米中的积累，随着时间的推移，砷积累量逐渐增多^[12-14]。在水稻中积累的砷还会通过食物链进入人体，进一步给人们的身体健康带来严重危害^[15]。另外，有研究表明，在砷污染土壤中种植水稻，砷对水稻的光合生理会有影响，如：水稻的形态指标和光合生理指标都会受到明显的抑制作用。另外，砷胁迫还会导致水稻的根部发育不良，植株增长缓慢和干物质积累减少^[16-18]。

超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶(CAT)是可以清除超氧物阴离子自由基、过氧化氢等可伤害膜系统的有害物质，从而对膜系统起到保护作用的两种酶。这些细胞膜保护酶与植物的耐热性有关，可以作为筛选耐热性植物的指标，是植物耐热生理基础之一^[19-22]。膜脂过氧化作用是导致膜结构破坏，进而引起植株损伤甚至死亡的一个重要原因，丙二醛(MDA)则是脂质过氧化过程中的一个典型产物，它可以作为脂质过氧化程度的一个指标，它的积累会对膜和细胞造成损伤。许多研究表明^[23-25]，水稻叶片中过氧化氢的累积量和超氧阴离子的产生量会随着高温胁迫时间的延长而增多，从而导致MDA含量增加。SOD和CAT的活性在高温胁迫初期均表现为明显增加而后快速下降，这说明高温胁迫促进了植物体内活性氧的产生，在高温胁迫初期，高温诱导了清除活性氧酶类的产生，但长时间的高温胁迫使清除活性氧酶类的活性降低，极易发生过氧化伤害作用。

水稻作为我国最主要的粮食作物，面临着日益严重的稻田砷污染问题和高温问题，而水稻砷污染不仅会危害到我国的粮食安全，也会直接或间接地危害到人类的健康。因此，在当前温度升高的条件下，研究在砷胁迫下温度升高对水稻产量及生理特性的影响是研究砷污染和高温对人类危害不可或缺的一部分。而水稻的光合作用既是水稻生长发育、产量形成的生理基础，也是作物生产力高低的决定性因素^[26]，因此研究砷和温度升高对水稻光合生理特性及酶活性的影响就显得尤为重要。目前就这些因素对水稻生长发育影响的研究报道不少，但针对这两种因素同时对水稻生长发育的影响的研究报道和温度对水稻上砷吸收的影响的研究都比较少见。就目前的高温热害和水稻砷污染现状，迫切需要研究这两者对农作物生长发的影响以及温度对水稻砷吸收的影响。本研究以水稻为研究对象，通过盆栽试验模拟研究温度对水稻生长的影响，分析砷污染及温度对水稻光合生理指标的影响，明确温度对水稻砷吸收的影响，从而了解如何控制温度从而提高农作物产量，并降低水稻对砷的吸收，为将来农作物能够有效应对环境恶化提供借鉴。

1材料与方法

1.1供试土壤

供试土壤为农业气象试验站水稻土（0-20cm）。土壤自然风干，拣去枯枝落叶和小石子后混匀，过筛备用。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

1.2盆栽试验设计

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度的培养箱中过夜。然后转移到吸水纸上，并不断的补充水分。发芽5天后，选取长势一致的5棵水稻秧苗进行盆栽试验。

本研究为盆栽试验，每盆称土1 kg，加入10 ml NH₄H₂PO₄、CO(NH₂)₂ 和KCL混合溶液，使每千克土壤中含有400mg N，125mg P和250mg K。然后模拟砷污染水稻土进行砷添加，砷以砷酸钠（Na₃AsO₄）的形式加入，砷浓度分别为30 mg kg^-1(As30)， 150 mg kg^-1(As150)，每个处理3个重复，并用未添加砷的水稻土作为对照(As0)。

在移苗前，装好盆的供试土壤需淹水老化平衡一周。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。

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