锑胁迫条件下接种AM真菌对水稻生理生态和吸收积累锑的影响

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锑(Sb)是一种具有长距离传送特点的致癌性重金属元素。随着锑连带产业的快速发展,锑的需求量急剧增加,释放到环境中的锑大部分在陆地生态系统中传递,并通过食物链在人体内积累,最终影响蛋白质及糖的代谢,引起呼吸、泌尿和神经系统的疾病。我国是世界上锑矿资源最为丰富的国家,世界锑年产量中约80%来自中国。采矿、冶炼、燃煤及锑产品的广泛应用使我们国家面临着严重的锑污染威胁。大量研究表明桂、湘、黔、甘、滇五省水稻受到锑污染最为严重。因此控制矿区稻米锑污染风险,保障人民饮食安全显得尤为重要。与其它有毒金属(如砷和镉等)相比,国内外关于Sb的研究相对较少,人们对Sb的生物地球化学循环过程还缺乏系统认识。特别是锑在土壤-植物系统中的迁移转化机制仍不明确,植物吸收和转运锑的机理仍停留在推断和假设阶段。在水稻与锑的相互关系方面,目前国内外的研究也主要集中在锑对水稻的危害方面,对锑在土壤-水稻系统中迁移转化机理仍不明确,这严重制约控制稻米锑污染风险方法的研究和创新。砷和锑属于同族元素,具有很多相似之处。前人研究发现在砷胁迫下,丛枝菌根真菌能够与水稻形成良好的共生关系,抑制水稻地上部对砷的吸收,降低稻米中砷的含量。也有研究表明,锑胁迫条件下,丛枝菌根真菌能够与苎麻、狗牙根及玉米等植物形成良好的共生关系,并且能够影响植物对锑的吸收和积累。因此,我们推断,在锑胁迫下,丛枝菌根真菌在水稻吸收积累锑方面也可能发挥重要作用。基于以上分析,我们提出以下科学问题:第一,从枝菌根真菌能否与水稻形成共生关系?第二,丛枝菌根真菌能否影响水稻对锑的吸收和积累?第三,具体是何种影响?这些影响的具体途径是哪些?这些问题的解决不仅可以从微生物的角度解释锑在土壤—水稻系统中的迁移转化,也能够为控制稻米锑污染风险提供理论基础。针对上述问题设计以水稻为宿主植物,以摩西斗管球囊霉为菌剂的温室盆栽锑污染模拟试验。通过接种和非接种对比试验探究丛枝菌根真菌对水稻生理生态和吸收积累锑的影响。旨在为控制水稻锑污染提供理论依据。探究结果如下:(1)从枝菌根真菌与水稻能够形成良好的共生关系。接种后水稻侵染率均值为21%±6.2%。(2)通过锑浓度梯度试验研究锑对水稻生长的影响,结果表明:水稻地上部和地下部生物量、株高及籽实产量逐渐降低。这说明锑浓度对水稻的生长有抑制作用。通过对比试验研究了从枝菌根真菌对水稻生长的影响,与非接种组相比,接种组水稻地上部和地下部生物量分别降低3.12%-11.25%和6.14%-22.58%,株高和籽实产量分别降低和1.44%-7.54%和2.63%-11.57%。这说明接种丛枝菌根真菌抑制了锑胁迫下水稻的生长。(3)通过锑浓度梯度试验研究锑对水稻抗氧化系统酶活性及MDA含量的影响,结果表明,随着锑含量的增加,水稻叶片中SOD、POD,CAT活性及MDA含量逐渐增加,这说明锑浓度对SOD、CAT、POD活性及MDA含量的增加具有促进作用。通过对比试验研究了丛枝菌根真菌对水稻抗氧化系统酶的影响,与非接种组相比,接种组SOD、CAT和POD活性分别增加15.57%-28.70%、17.89%-26.06%和4.47%-9.70%。这说明接种丛枝菌根真菌促进了锑胁迫下水稻抗氧化系统酶活性及MDA含量增加。(4)通过锑浓度梯度试验研究水稻对锑吸收和富集的作用,试验结果表明,随着锑浓度升高,水稻各器官中锑的含量逐渐增加,水稻富集系数逐渐降低。这说明锑浓度的增加对水稻各器官吸收锑具有促进作用,同时抑制了土壤中锑向植物体内的转移。通过接种对比试验研究了丛枝菌根真菌都对重金属锑吸收的影响,接种组根、茎、叶、麸皮及籽粒中锑的含量分别增加了13.89%-23.43%、0.66%-19.41%、5.16%-15.30%、3.16%-20.15%及0.43%-7.42%,同时富集系数分别增加了18.29%-26.78%。这说明接种丛枝菌根真菌促进了水稻对锑的吸收以及土壤中锑向植物体内转移。(5)研究了接种丛枝菌根真菌对水稻根际土壤pH的影响,结果表明,接种组土壤根际pH值降低了0.18-0.35,土壤pH值的降低有助于土壤中离子态锑的析出,这可能是丛枝菌根真菌促进水稻吸收重金属的原因之一。研究了接种丛枝菌根真菌对水稻吸收锑价态的影响,结果显示,接种组丛枝菌根真菌根系中Sb3+比例增加了8.31%-22.35%,这说明AM真菌能够促进水稻根系Sb5+向Sb3+的转化。
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