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硒(Se)是人体必需的微量营养元素,摄入适量的硒对于增强人体免疫能力和预防癌症具有非常重要的意义。大米作为人类的主食,提高稻米硒含量,是从源头上改善人体硒营养均衡和健康的有效途径。汞(Hg)是一种高毒性的重金属污染物,易于在稻米中富集,进而影响人体健康。已有研究表明,硒对水稻汞吸收起拮抗作用。淹水环境中的水稻根表会形成红棕色的铁氧化物,称为“铁膜”。铁膜对于非金属硒和汞均有较强的富集作用,那么,硒和根表铁膜的作互作用可能会调控水稻对汞的吸收与转运,进而影响稻米汞含量。本论文的主要研究结果如下:(1)为了探究根表铁膜对水稻吸收与转运硒的影响,采用水培实验方法,先对水稻幼苗进行10μmol L-1的Se(Se由Na2SeO3供应)预处理,然后向上述培养液中分别加入含有0、25、50和100 mg L-1的Fe2+(FeSO4)溶液继续培养培养48 h,分别标记为Fe0、Fe25、Fe50和Fe100处理。结果显示,两个品种水稻DCB浸提液中Fe(DCB-Fe)的含量(即铁膜数量)差异不显著,但随Fe2+浓度的增加,两个品种水稻DCB浸提液中Se(DCB-Se)的含量逐渐增加,且DCB-Fe与DCB-Se含量呈正相关关系;相比Fe0处理,Fe25、Fe50和Fe100处理下的两个品种水稻幼苗根中Se含量分别降低了5%、17%和23%(NJ35品种)和6%、17%和22%(ZX品种),但地上部Se含量分别增加了17%、8%和3%(NJ35品种)和18%、9%和3%,相同Fe2+浓度处理下,NJ35品种根和地上部Se含量均比ZX品种高;铁膜形成后(Fe2+≥25 mg L-1),NJ35和ZX品种的DCB-Se含量所占水稻幼苗总Se量的百分比分别可达72.5%-84.6%和71.1%-83.5%,但两个品种水稻根和地上部的Se含量所占总Se量的百分比均逐渐降低。综上可知,铁膜数量与铁膜富集Se的量呈正相关,进而提高了水稻幼苗地上部的Se含量,不同品种水稻根表铁膜形成数量和DCB-Se浓度均有差异。(2)为了探究磷缺乏下根表铁膜对水稻吸收与转运甲基汞(MeHg)的影响,采用水培实验方法,对三个不同品种水稻进行有磷(+P)和无磷(-P)分组处理,然后移至含有0.2 mg L-1的MeHgCl培养液中培养。结果显示,-P处理下,三个品种水稻DCB浸提液中Fe(DCB-Fe)的含量均显著高于+P处理,其中NJ35和TY196品种的DCB-Fe含量分别是+P处理下的2.04和2.24倍;-P处理下,NJ35、TY196和ZX品种的DCB-MeHg浓度(DCB浸提液中MeHg浓度)是+P处理的2.6、2.2和1.8倍;相比+P处理,-P处理下三个品种水稻根和地上部的Fe浓度分别增加了13.2%-59.3%和12.5%-41.4%;-P处理下三个品种水稻地上部MeHg含量均显著降低,不同品种间根和地上部的MeHg含量有显著差异;相比+P处理,-P处理下NJ35、TY196和ZX品种的TFroot(MeHg从铁膜向根中的转移系数)分别降低了61.4%、54%和46%;相比+P处理,三个品种水稻在-P处理下根中MeHg含量的百分比(占总MeHg量)降低了3.7%-9.2%;地上部MeHg含量的百分比(占总MeHg量)降低了7.0%-7.6%;但DCB中MeHg含量的百分比(占总MeHg量)增加了10.8%-16.9%,且TY196品种的变化幅度最大,ZX品种变化幅度最小;DCB-MeHg和DCB-Fe含量呈线性关系。综上可知,-P处理显著增加了根表铁膜的数量,铁膜通过富集更多的MeHg,进而阻碍MeHg向水稻地上部的转运;不同品种水稻形成根表铁膜的数量和对MeHg的吸收与转运均有显著差异,籽粒低汞品种水稻(TY196和NJ35)对MeHg的吸收与转运量比籽粒高汞品种水稻(ZX)低。(3)为了探究硒预处理下根表铁膜对水稻吸收与转运汞的影响,采用水培实验方法,先对水稻幼苗进行Se0和Se0.5(0.5 mg L-11 Se,由Na2SeO3供应)的分组预处理,然后向上述Se培养液中分别加入含有0、25、50和100 mg L-1浓度的Fe2+(FeSO4)溶液继续培养24 h,最后移至含有0.3 mg L-1的HgCl2培养液中培养。结果显示,同一Se处理下,随Fe2+浓度的增加,水稻幼苗DCB浸提液中含Fe比例(57.3%-71.5%)显著高于水稻幼苗地上部含Fe比例(8.6%-17.5%)和根中含Fe比例(19.9%-25.9%);相比Se0处理,Se0.5处理降低了水稻地上部和DCB浸提液中Fe的含量;铁膜形成后(Fe2+≥25 mg L-1),同一Fe2+浓度处理下,相比Se0处理,Se0.5处理下水稻根和地上部的Hg含量分别降低了0.1%-6.1%(根)和22.0%-28.6%(地上部),但DCB浸提液中Hg(DCB-Hg)含量增加了2.0%-13.6%;相比Se0处理,随着Fe2+浓度的增加,Se0.5处理下水稻根和地上部Hg含量占总Hg量的比例逐渐降低,但DCB浸提液中Hg含量占总Hg量的比例逐渐增加;在Se0和Se0.5处理下,DCB-Fe和DCB-Hg含量均呈正相关,且Se0.5处理的直线斜率(7.269)显著高于Se0处理(4.347)。综上可知,铁膜可以富集大量的Hg;Se通过增加DCB-Hg的含量及降低Hg在水稻体内的分配系数,进而提高铁膜对Hg的固持量和缓解Hg胁迫对水稻的毒害。(4)为了探究硒缓解水稻汞胁迫的生理机制,采用水培实验方法,对水稻进行0.3 mg L-1的HgCl2处理后,分别向各处理中加入含有0、1.0、2.0、3.0和4.0μmol L-1的Se(由Na2SeO3供应)浓度培养液,继续培养7天。结果显示,Se能增加Hg胁迫下水稻幼苗根和地上部的生物量;随着Se浓度的增加,Hg胁迫下水稻叶片叶绿素a和叶绿素b含量均先升高后降低;Se能显著降低Hg胁迫下水稻的细胞膜渗透性和叶片丙二醛(MDA)含量;随着Se浓度的增加,水稻叶片和根系的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性均先升高后降低;Se能提高水稻叶片和根系的乙二醛酶Ⅰ(GlyⅠ)和乙二醛酶Ⅱ(GlyⅡ)活性;Se能显著降低Hg胁迫下叶片中脯氨酸含量,但对根系脯氨酸含量影响不显著,同时叶片可溶性糖含量随Se浓度的增加而增加。综上可知,Se能够缓解Hg胁迫对水稻幼苗叶片叶绿素a和叶绿素b含量的影响;Se可以降低Hg胁迫下水稻幼苗叶片电解质渗出率和MDA含量,进而减轻Hg对叶片细胞膜结构与功能的损伤;低浓度Se(Se≤2.0μmol L-1)可以提高水稻幼苗POD、SOD、CAT、APX、GlyⅠ和GlyⅡ活性,进而增强水稻幼苗抗氧化能力;Se能显著降低叶片脯氨酸含量,增加可溶性糖含量,进而增强水稻幼苗对Hg胁迫的耐受能力。