根系系统在硒降低重金属锑吸收方面的作用和机制

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我国是世界水稻第二大生产国,水稻播种面积占全国粮食作物的1/4,产量则占一半以上。而目前以水稻为主要粮食作物的南方一些省市却存在着水稻锑(Sb)污染问题。环境中的高含量Sb能显著影响当地农作物的正常生长及其产量,同时导致农作物的Sb含量超标,继而通过食物链在人体积累。硒(Se)是人体必需的微量元素,低剂量Se对植物生长有益。有研究表明低剂量Se能降低植物体内重金属含量。但是到目前为止,Se抑制植物对重(类)金属吸收的相关机制还不清楚。因此,本研究以水稻(野香优3号)为试验材料,试图研究不同价态的Se和不同形态Sb交互作用下:1)水稻生长发育特别是根系系统发育的变化;2)根系细胞壁组分含量的变化;3)根系细胞壁相关酶类活性的变化;4)相关抗氧化酶类活性的变化;5)相关内源激素含量的变化;6)元素吸收的变化。主要从根系系统的响应这一角度研究Se抑制水稻对Sb的吸收相关机制。获得的主要结果如下:(1)研究了不同价态的Se和不同形态Sb交互作用对水稻Sb的吸收和根系形态变化的影响。本研究中,在10 mg·L-1Sb(Ⅲ)处理下,额外添加0.2 mg·L-1Se(Ⅳ)处理降低了根尖数;额外添加0.2mg·L-1Se(Ⅵ)处理显著降低了根长、根面积、根尖数、根分叉数;并且在上述处理下,Se显著降低了水稻根系中Sb的含量,表明水稻根尖、根面积等指标的变化在吸收Sb的过程当中均起到一定作用。(2)研究了不同价态的Se和不同形态的Sb交互作用下水稻根系内源激素的响应,结果发现:赤霉素仅在特定Se、Sb形态下起到作用。本研究还发现,与单独添加10 mg·L-Sb(Ⅲ)处理相比,额外添加0.8 mg·L-1Se(Ⅳ)处理显著降低了根系中茉莉酸的含量,同时也降低了水稻根尖数、根分叉数、根长和根面积,我们推测茉莉酸与上述根系指标变化有一定的关联性,这需要进一步的实验验证。(3)研究了不同价态的Se和不同形态的Sb交互作用下水稻根系细胞壁组分、与细胞璧相关酶类活性的响应,结果发现:单独添加不同形态Sb显著增加了半纤维素Ⅰ的含量,尤其是在Sb(Ⅴ)处理下,大多数情况下额外添加Se处理显著增加了果胶的含量。同时,在Se、Sb处理下,PME、β-gal、PG在降解果胶的过程中起到不同的作用。大多数情况下,水稻根系细胞壁中半纤维素Ⅰ含量与β-gal酶活性被抑制情况一致。不同形态Sb处理下,Se的加入在大部分情况下抑制了XTH的活性,此时水稻根系相关指标总体上也呈现被抑制的趋势,表明Se的加入可能会根系细胞壁的伸长,从而改变了根系形态特征。
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