不同品種及農(nóng)藝措施對(duì)水稻砷吸收、化學(xué)形態(tài)及毒性的影響.pdf

1、無(wú)機(jī)砷是公認(rèn)的致癌物質(zhì)，稻米是人體無(wú)機(jī)砷攝入的最主要的食物性來(lái)源。水稻籽粒砷的主要形態(tài)是無(wú)機(jī)三價(jià)砷(As(Ⅲ))與二甲基砷(DMA)，無(wú)機(jī)砷的毒性遠(yuǎn)大于有機(jī)砷。水稻本身不具有將砷甲基化的能力，因此，籽粒的甲基砷主要來(lái)源于土壤。厭氧環(huán)境下，As(Ⅲ)是土壤溶液中主要的砷形態(tài)，稻田持續(xù)淹水加速厭氧環(huán)境的產(chǎn)生，增加As(Ⅲ)的移動(dòng)性和生物有效性，同時(shí)增加砷的微生物甲基化進(jìn)程，促進(jìn)水稻對(duì)甲基砷的吸收。與無(wú)機(jī)砷相比，有機(jī)砷能更有效地轉(zhuǎn)運(yùn)到水稻地上

2、部分并在籽粒中累積。影響水稻砷吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的環(huán)境因子多種多樣。然而，不同水稻品種對(duì)不同形態(tài)砷的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)與累積的差異如何;不同形態(tài)砷對(duì)各水稻品種產(chǎn)生的毒害是否存在差異，不同水稻品種對(duì)不同形態(tài)砷的耐性如何;不同環(huán)境條件對(duì)水稻籽?？偵闈舛鹊睦鄯e及砷形態(tài)分布的影響如何，這些問(wèn)題尚缺乏深入系統(tǒng)地研究。為了解決以上疑問(wèn)，本論文進(jìn)行了以下幾方面的研究。
　　具體的研究工作可分為以下三個(gè)方面:(1)研究八種水稻品種對(duì)As(Ⅲ)和DMA的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)

3、及累積的差異;(2)研究As(Ⅲ)和DMA對(duì)八種水稻品種的毒性及各水稻品種對(duì)砷的耐性;(3)研究影響水稻總砷濃度及籽粒砷形態(tài)分布的環(huán)境因子。取得的結(jié)果如下:
　　1)設(shè)計(jì)盆栽土培試驗(yàn)，研究來(lái)自不同地區(qū)的八種直穗病敏感度不同的水稻品種對(duì)As(Ⅲ)、DMA的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及累積的差異。結(jié)果表明，與不加砷的對(duì)照組相比，添加As(Ⅲ)、DMA能不同程度地影響各水稻品種稻草、籽粒的總砷濃度，顯著影響籽粒砷的形態(tài)分布，增加籽粒有機(jī)砷的濃度及所占比

4、例。經(jīng)As(Ⅲ)處理后，籽粒有機(jī)砷及有機(jī)砷占總砷的比例隨總砷濃度的增加而增加;經(jīng)DMA處理后，籽粒有機(jī)砷濃度及占總砷的比例隨總砷濃度的增加而增加，無(wú)機(jī)砷濃度無(wú)明顯變化。八種水稻品種籽?？偵?、無(wú)機(jī)砷和有機(jī)砷的累積與水稻直穗病敏感度無(wú)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明水稻籽粒As(Ⅲ)、DMA的累積與水稻直穗病的產(chǎn)生無(wú)關(guān)，說(shuō)明水稻籽粒對(duì)DMA的累積不是產(chǎn)生直穗病的原因。
　　2)設(shè)計(jì)水培砷濃度梯度試驗(yàn)，研究不同的水稻品種受As(Ⅲ)、DMA的毒害及其對(duì)砷

5、的耐性。結(jié)果表明:對(duì)As(Ⅲ)毒性的敏感性與直穗病敏感度密切相關(guān)，直穗病敏感度越高的水稻品種，受As(Ⅲ)毒害的癥狀越明顯。而對(duì)DMA毒性敏感性與直穗病敏感度無(wú)顯著關(guān)系。水稻對(duì)As(Ⅲ)的耐性與水稻自身對(duì)As(Ⅲ)的解毒有關(guān)，隨處理濃度的增加，耐性較強(qiáng)的水稻品種產(chǎn)生的非蛋白巰基(NPT)越多，通過(guò)NPT與As(Ⅲ)絡(luò)合，達(dá)到解毒的效果。而水稻對(duì)DMA的耐性與水稻對(duì)DMA的轉(zhuǎn)運(yùn)、累積有關(guān)，根系向葉片轉(zhuǎn)運(yùn)DMA的效率越高，葉片DMA的累積濃

6、度越高，葉片受DMA毒害越嚴(yán)重。
　　3)進(jìn)一步從八種水稻品種中選出籽粒砷積累差異較大的兩種品種(Priscilla和Mars)進(jìn)行水培和土培試驗(yàn)，研究?jī)煞N水稻品種對(duì)As(Ⅲ)、DMA的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及累積的差異。結(jié)果表明兩種水稻品種根系對(duì)砷的吸收無(wú)顯著差異，Priscilla葉片對(duì)As(Ⅲ)、DMA的吸收顯著高于Mars，Priscilla葉片向上轉(zhuǎn)運(yùn)As(Ⅲ)與Mars無(wú)顯著差異，Priscilla葉片向上轉(zhuǎn)運(yùn)的DMA顯著高于Ma

7、rs。As(Ⅲ)動(dòng)態(tài)累積試驗(yàn)表明兩種水稻品種籽粒砷濃度的差異體現(xiàn)在水稻成熟期。盆栽試驗(yàn)表明As(Ⅲ)、DMA能顯著增加Priscilla籽?？偵榈臐舛?，尤其是籽粒有機(jī)砷濃度，而Mars籽粒砷濃度顯著低于Priscilla。
　　有機(jī)肥施用是一項(xiàng)重要的農(nóng)藝措施，模擬田間有機(jī)肥的用量，以上述已知砷吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及累積存在差異的兩種水稻品種（Priscilla和Mars）為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)土培盆栽試驗(yàn)研究As(Ⅲ)、有機(jī)肥單獨(dú)添加及兩者混合添

8、加對(duì)這兩種水稻品種的稻草、籽粒砷的累積及籽粒砷形態(tài)分布的影響。結(jié)果表明:As(Ⅲ)、有機(jī)肥添加及兩種混合添加能顯著影響水稻稻草、籽粒砷的濃度、籽粒砷的形態(tài)以及土壤甲基化基因arsM的拷貝數(shù)。As(Ⅲ)、有機(jī)肥添加能顯著增加Mars稻草砷的濃度，對(duì)其籽粒砷濃度的影響較小;三種處理都能顯著增加Priscilla籽粒砷的濃度，對(duì)其稻草砷濃度的影響較小;三種處理還能顯著地增加兩種水稻籽粒有機(jī)砷的濃度及所占比例。As(Ⅲ)與有機(jī)肥混合添加顯著增加

9、了土壤甲基化基因（arsM）的拷貝數(shù)。
　　4)進(jìn)一步研究了田間條件下不同農(nóng)藝措施對(duì)水稻籽粒砷的累積及形態(tài)變化的影響。通過(guò)對(duì)四季水稻的研究結(jié)果表明:水分管理和稻草還田對(duì)水稻籽粒砷的累積和形態(tài)分布有較大的影響。與間歇灌溉相比，持續(xù)淹水能導(dǎo)致籽粒砷濃度增加，尤其是有機(jī)砷濃度的增加。說(shuō)明間歇灌溉是減少籽粒砷濃度行之有效的方法。而氮肥，生物碳和有機(jī)肥的添加對(duì)籽粒砷濃度的影響很小。水分管理和稻草還田對(duì)水稻有機(jī)砷的影響大于對(duì)無(wú)機(jī)砷的影響，持續(xù)

10、淹水能顯著增加籽粒有機(jī)砷濃度。持續(xù)淹水和稻草還田能促進(jìn)土壤厭氧環(huán)境的形成，顯著增加土壤arsM的拷貝數(shù)，增加土壤微生物的甲基化進(jìn)程，加快水稻對(duì)甲基砷的吸收。土壤arsM的拷貝數(shù)與籽粒有機(jī)砷濃度存在顯著的非線性正相關(guān)關(guān)系。
　　總之，不同水稻品種對(duì)不同形態(tài)砷的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及累積存在差異;土壤中砷的微生物甲基化決定籽粒砷的形態(tài)分布，水稻直穗病敏感度與As(Ⅲ)毒性密切相關(guān)，而與DMA毒性無(wú)關(guān);農(nóng)田持續(xù)淹水和稻草還田能顯著影響籽粒砷的累積