硅对水稻镉的吸收与分配影响效应

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水稻质量安全影响世界粮食安全。污水灌溉,化肥、农药的施用,以及新品种对重金属吸收能力的提高,成为水稻安全生产潜在威胁,水稻镉污染问题已经引起了人们的重视。施用硅肥不仅能够促进水稻的生长、提高水稻产量,还会影响土壤中重金属活性、抑制水稻对重金属的吸收。目前关于硅对水稻重金属吸收与分配的影响已经成为了水稻安全生产的研究热点。本研究针对海南部分水稻田块土壤存在的镉污染的问题,以特优248、博Ⅱ优15为实验材料,研究不同硅、镉配比对水稻生长的影响、水稻镉吸收动力学特征以及不同硅水平下水稻产量和镉吸收与分配,以期阐明硅对水稻镉吸收和分配的影响效应及机理。主要结论如下:(1)外源添加硅处理能够有效缓解镉胁迫对水稻的影响。在镉水平0-0.2mmol/L范围内,水稻幼苗对镉的吸收速率变化规律符合Michalis-menten酶动力学模型,博Ⅱ优15对镉的亲和力高,载体数量少,特优248则相反,供硅水平显著影响水稻特优248、博Ⅱ优15镉载体数量和镉载体对镉的亲和性,供硅水平为2.0 mmol/L时,水稻对镉的吸收速度显著低于在硅水平为0.5mmol/L下的吸收速度,供硅水平为2.0mmol/L、镉水平0.10mmol/L时,水稻镉的吸收速度较供硅水平0.5 mmol/L时显著降低了22.18%和20.32%。(2)硅、镉配比及施硅方式均显著影响水稻的叶绿素含量和植株体内的硅、镉含量,影响程度也因处理和品种的不同而有很大的差异。不同硅、镉配比对水稻株高、生物量、根系形态影响显著。供镉能够显著降低水稻地上部分的生物量,抑制水稻株高,且镉对地上部分的影响显著高于对根系的影响,提高供硅水平能够有效缓解重金属镉对水稻生物量的降低作用。(3)相同硅水平的条件下,镉对博Ⅱ优15水稻的根系生物量、根长、以及根体积影响更为明显:高硅水平(112 mg/L)下,博Ⅱ优15在供镉10mg/L和25mg/L较不加镉处理时生物量下降幅度是相同条件下特优248的2.5倍之多;在相同硅水平下,特优248的根系活力有更高的活性,与不加镉处理相比特优248的根系活力在镉胁迫时,下降幅度明显高于博Ⅱ优15,更易受到镉的影响;但在供镉25mg/L和10mg/L之间时,博Ⅱ优15根系活力受镉影响下降反而更大。在供镉10mg/L的条件下,特优248的叶绿素含量在各处理中均比博Ⅱ优15的含量要高,但在供镉25mg/L条件下,则博Ⅱ优15的叶绿素含量相对更高。(4)在不加镉条件下,随着硅水平的提高,过氧化物酶活性显著下降,相同硅水平下,随着镉水平的提高,过氧化物酶活性逐渐上升。不加镉条件下,特优248的植株硅含量显著高于博Ⅱ优15,加镉条件下,博Ⅱ优15的植株硅含量显著高于特优248。在水稻根系中硅、镉之间存在交互作用,在不同镉水平下会影响硅对镉的抑制作用。(5)硅、镉在水稻植株中不同部位的积累量有所不同。水稻植株对硅的吸收更多的集中在地上部,对镉的吸收更多的集中在根系中。在水稻植物体中不同部位之间镉水平的含量分别为:根系浓度最大,秸秆镉含量次之,糙米中的镉含量最低。分次施肥对于提高稻米硅含量、抑制水稻中的镉含量具有显著作用:在硅水平为0.06g/kg时,采用分次施硅方式,博Ⅱ优15和特优248中秸秆硅含量分别高出6.21%和4.96%,糙米硅含量分别提高8.70%和18.18%;糙米镉含量分别下降14.07%和11.75%。(6)提高硅肥用量和采用分次施肥的方式都能显著提高水稻产量,但对总的生物量影响不大。不同施硅方式下,特优248的产量较高但博Ⅱ优15的产量增加较快:基施硅肥0.06 g/kg条件下,特优248的产量比博Ⅱ优15高出29.04%,基施硅肥0.36 g/kg时,特优248的产量仅比博Ⅱ优15高出12.40%。不同施硅方式下,施硅技术对产量影响因素中的穗粒数贡献最大,其中特优248的各项指标都显著高于博Ⅱ优15。
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