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稻米的铅污染问题已成为我国稻米安全生产的主要障碍之一,对人类健康和农业生产构成严重威胁。为了探索水稻不同品种对铅吸收、积累的差异,通过品种选育途径减轻稻米铅含量,达到污染环境中生产安全稻米的目的。在重金属Pb胁迫条件下对水稻品种进行了如下的分析研究。
1.选择20个来源不同杂交组合的高代品系,设三个Pb处理浓度:0、500mg/kg和1000mg/kg,温室内进行土培盆栽铅胁迫实验,调查农艺生化性状,测定籽粒铅含量,研究水稻品种Pb累积与农艺产量性状、生化性状的关联。结果表明:
1)铅胁迫对水稻的生长发育有着显著影响。除分蘖期低铅处理下植株升高外,其它性状均不同程度受到抑制,其中高铅处理下单株穗数、单株籽粒重降低极显著,最终影响了水稻的产量。
2)铅对水稻抗氧化酶系统的影响因胁迫水平、生育时期而异。随胁迫水平升高和时间延长,SOD、CAT、POD活性和MDA均不同程度升高或降低,其中POD无论高低Pb处理下,均与对照有明显的差异,是评价水稻材料Pb胁迫应激能力的重要指标。
3)水稻不同品种对Pb的积累能力存在较大差异,Pb含量变异范围为0.01~0.30 mg/kg,糙米Pb平均含量顺序Pb2>Pbl>CK,表明胁迫浓度越高,籽粒中Pb含量越多。20个实验材料中,同时在高低Pb两种胁迫下都未超标的品种有9个,说明通过选育途径降低稻米中铅含量的方法完全可行。
4)1000mg/kg Pb处理下,糙米Pb含量与千粒重显著负相关,与穗长、分蘖期POD、抽穗期SOD显著正相关,相关系数分别为-0.623、0.505、0.601、0.486,其他均无相关性,说明在Pb污染地区的水稻品种选择中,应选择植株中等、多穗、粒大而饱满的品种,分蘖期POD、抽穗期SOD也可作为胁迫条件下筛选低铅种质的间接指标;同时,1000mg/kg Pb胁迫条件可能是筛选种质的合适条件。
2.应用853份云南稻种资源核心种质,在400 mg/kg和800 mg/kg两个Pb处理土池中分别进行胁迫实验,结果表明:
1)部分品种不耐铅,结实少或不结实,甚至部分出现死亡现象。400 mg/kg Pb胁迫下,853个品种中成熟收获的有360个,未结实或结实少的315个,死亡的178个;800 mg/kg Pb胁迫下,853个品种中成熟收获的有294个,未结实或结实少的367个,死亡的192个,说明品种间在重金属耐性上有差异。
2)低铅处理下,154份材料籽粒Pb平均含量为0.3403 mg/kg,变幅0.01~3.98mg/kg,高铅处理下117份材料籽粒Pb平均含量为0.3512 mg/kg,高于低水平处理,变幅0.02~5.07mg/kg。可见,品种间籽粒Pb积累存在显著的基因型差异。
3)在低浓度胁迫下,籼稻的糙米铅含量比粳稻稍高,相差不大,但在高浓度胁迫下,籼稻的糙米铅含量比粳稻高得多,铅平均含量为0.5081 mg/kg,远远高于粳稻铅含量0.2600 mg/kg。籼稻随胁迫浓度的增加铅吸收积累增加,粳稻则相反,随胁迫浓度的增加铅含量有所下降。
4)测定铅含量的两组品种中,有40个相同品种,多数粳稻品种在高铅处理下积累下降,而多数籼稻品种在高铅处理下积累上升,可见,在高污染地区,选择合适的粳稻品种更有利于安全稻米的生产,同时筛选出一批铅积累极低的优异种质。
分析结果表明,在铅胁迫条件下,籽粒Pb积累上品种间有显著差异,因此,可以通过选育途径降低稻米中的铅含量。
3.随机选取164份核心种质,0、500mg/kg和1000mg/kg三个Pb处理浓度下,进行铅胁迫水培实验,主要结果如下:
1)铅胁迫不同程度的影响水稻生长,高铅胁迫下影响显著;不同水平铅胁迫对水培材料的穗长、结实率、千粒重影响不大,而明显降低了单株产量,可能抑制植株的分蘖,从而导致总产量下降。
2)从几种抗氧化酶变化来看,SOD表现为“低促高抑”,对铅胁迫的反应比其他两种酶更敏感迅速,但抗逆作用能力不强;而POD在整个生长过程中都较高,抗逆作用强;CAT活性在一定范围内,随胁迫浓度增加活性升高,在高污染环境起重要作用;随胁迫水平升高和时间增长,MDA含量升高趋势变缓或受到抑制。说明抗氧化物酶系统对保护植物体的抗逆作用能力有一定限度。