Pb/Cd交互作用及其生物有效性对水稻生长的影响

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dqylovezf1314
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我国土壤重金属污染问题日益严重,不容忽视。水稻作为我国最主要的粮食作物,其产区主要分布在以Pb/Cd复合污染为主的长江以南地区。土壤中的Pb、Cd会影响植物的正常生长,并且能够通过食物链在人和动物体内蓄积,严重威胁人类的生产和生活。本研究以水稻为对象,分析Pb/Cd单一、复合处理与水稻根伸长之间的剂量-效应关系,利用浓度加和模型(CA)和独立作用模型(IA)对不同浓度组合Pb/Cd复合的交互作用及其联合毒性进行预测,并对Pb/Cd单一及复合污染处理时水稻抽穗期和成熟期生物量、生长指标、生理指标和水稻体内Pb、Cd富集转运特性进行分析研究,以期探明土壤环境中Pb/Cd复合处理对水稻生长的交互作用、生物效应及其影响。主要研究结果如下:(1)水稻根伸长的剂量-效应曲线结果表明低浓度Pb/Cd交互主要为拮抗作用,Pb/Cd联合毒性减弱,而高浓度表现为协同作用,其联合毒性增强。水培试验中0~0.05mg/L Cd、0~0.6 mg/L Pb交互主要表现为拮抗作用,而Cd>0.05 mg/L、Pb>0.6 mg/L时则主要表现为协同作用;随0.1、0.3 mg/L Cd加入,Pb单一处理时毒性阈值EC50-Pb由0.112 mg/L分别升高至0.550、0.950 mg/L,而EC10-Pb则由0.004 mg/L增加至0.039、0.370 mg/L;Cd单一处理下的毒性阈值,随着0.6 mg/L Pb加入,EC50-Cd、EC10-Cd由0.020、0.0002 mg/L升高至0.206、0.029 mg/L,但添加80 mg/L Pb使EC50-Cd减小至0.002 mg/L、EC10-Cd增大至0.0004 mg/L;CA模型比IA模型更能准确模拟Pb/Cd交互作用。(2)Pb/Cd交互作用对抽穗期和成熟期水稻的的生理生化指标呈现出不同程度的影响。不同浓度Pb、Cd交互对抽穗期和成熟期水稻的株高、地上部鲜重影响不显著(P>0.05);0.3、0.6 mg/kg Cd与125、250 mg/kg Pb交互使水稻的根鲜重、根长、根表面积和根平均直径等根系生长指标较单一处理呈增加趋势,叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2浓度等光合指标均较单一处理呈现不同程度的增加,Pb/Cd交互主要表现为拮抗作用,对水稻生长发育的毒害作用减弱;但0.6 mg/kg Cd与250 mg/kg Pb复合处理使水稻的根尖数、分叉数和总根长呈降低趋势,高浓度Pb/Cd交互对水稻后期生长产生不利影响。(3)水稻植株中Pb、Cd含量与土壤中Pb、Cd含量呈正相关。水稻各器官Pb含量:根>叶>茎>稻壳>糙米,Cd含量:根>茎>叶>稻壳>糙米。对比Pb、Cd单一处理,Pb/Cd复合处理下水稻各部位Pb、Cd含量均呈现不同程度的降低,其中(0.3,125)、(0.6,125)和(0.3,250)处理使糙米中Pb含量较Pb单一处理分别显著减小了57.86%、63.38%、46.94%,但(0.6,250)处理下无显著变化,78%籽粒中Pb含量超过0.2 mg/kg的食品安全国家标准值;(0.3,250)、(0.6,125)和(0.6,250)处理使糙米中Cd含量较Cd单一处理分别显著降低了56.8%、24.77%、45.68%,而(0.3,125)处理下无明显变化,籽粒中Cd含量均小于0.2 mg/kg的食品安全国家标准值(GB 2762-2017)。表明添加Cd会抑制Pb在水稻可食部位的富集,添加Pb也会抑制水稻籽粒对Cd的吸收,Pb/Cd交互在水稻各器官Pb、Cd累积量中主要表现为拮抗作用。(4)水稻各部位的富集、转运系数为BCFCd/TFCd>BCFPb/TFPb,Pb在水稻各部位的富集转运能力:根>叶>茎>稻壳>糙米,而Cd为:根>茎>叶>稻壳>糙米。水稻根、茎、叶、稻壳和糙米的Cd、Pb富集系数分别为26.756~101.592、4.656~9.893、1.311~3.457、0.082~0.346、0.061~0.408,0.928~3.006、0.062~0.363、0.334~0.850、0.035~0.270、0.001~0.011;水稻茎、叶、稻壳和糙米的Cd、Pb转运系数分别为0.077~0.371、0.030~0.112、0.001~0.013、0.0007~0.009,0.066~0.146、0.167~0.438、0.015~0.239、0.0006~0.010,表明Cd比Pb更容易在水稻中累积迁移,土壤中的Pb、Cd被根吸收进入水稻体内,且主要分布于根部、其次是茎和叶、籽粒中Pb、Cd含量最少。Pb/Cd交互使水稻多数器官中的Pb、Cd富集转运较单一处理呈现不同程度的降低,(0.3,125)、(0.6,125)、(0.3,250)和(0.6,250)处理使水稻根、茎叶、稻壳和糙米中Pb富集系数较单一处理分别降低了7.49%~50%、7.09%~75%、7.16%~33.33%和17.63%~30.16%,而Cd富集系数较Cd单一处理分别减少了1.36%、6.33%~19.65%、15.52%~57.64%和11.98%~43.95%;同时,Pb转运系数较单一处理分别降低了23.81%~56.54%、52.38%~59.20%、4.35%~49.86%和1.53%~34.78%,而Cd在(0.3,125)处理下转运系数较单一处理增加了49.07%~83.36%,其它处理则分别减小了16.44%~27.21%、52.24%和21.02%~49.85%;添加Pb抑制Cd在水稻中的生物富集转运程度,而添加Cd也会抑制Pb在水稻中的生物富集转运能力。Pb/Cd交互在水稻的Pb、Cd累积转运中主要表现为拮抗作用,使Pb、Cd的生物有效性降低,减少水稻中Pb、Cd的累积,进而减轻对水稻的毒害。
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