1，2，4-三氯苯和萘對(duì)水稻生長和產(chǎn)量的影響及其機(jī)理研究.pdf

1、有機(jī)污染物可通過污水灌溉、城市污泥農(nóng)用以及污染大氣的沉降等途徑進(jìn)入農(nóng)田土壤，因而，有機(jī)污染物已成為影響作物(尤其是水稻)生長發(fā)育、產(chǎn)量形成及其品質(zhì)的重要化學(xué)污染物。本研究以1,2,4-三氯苯(TCB)和萘(NAP)為人工染毒有機(jī)化學(xué)品，研究了二者對(duì)汕優(yōu)63(三系雜交秈稻)和武運(yùn)粳7號(hào)(常規(guī)粳稻)生長和產(chǎn)量的影響以及水稻的應(yīng)答機(jī)制，并探討了在污染條件下提高水稻產(chǎn)量的農(nóng)藝途徑。 1TCB和NAP對(duì)水稻生長的影響TCB和NAP對(duì)水稻種

2、子發(fā)芽率影響較小，而對(duì)幼苗株高、根長，根數(shù)及干物質(zhì)積累有顯著的影響，其中根系的伸長生長對(duì)污染物最為敏感。TCB對(duì)以上生長指標(biāo)的抑制程度明顯高于NAP，表明TCB的植物毒性更高。低濃度的有機(jī)污染物促進(jìn)武運(yùn)粳7號(hào)根數(shù)增加。低濃度的TCB和NAP對(duì)水稻根系活力影響較小，但高濃度的污染物則顯著抑制根系活力。抽穗期傷流量隨TCB和NAP處理濃度增加而顯著降低。根尖顯微結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果表明，TCB和NAP對(duì)水稻幼苗根系造成的加粗生長主要是由于細(xì)胞體積的

3、增加，而細(xì)胞數(shù)目無明顯變化，細(xì)胞形狀變得不規(guī)則。細(xì)胞壁加厚可能是造成根生長受抑制的主要原因。研究結(jié)果暗示，灌溉水中微量的TCB和NAP均會(huì)明顯影響水稻幼苗的生長。根系伸長抑制可作為判斷有機(jī)污染物植物傷害程度的形態(tài)學(xué)敏感指標(biāo)，而傷流量可作為診斷成苗期水稻傷害程度的生理指標(biāo)。 2TCB和NAP對(duì)水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的影響TCB明顯降低兩水稻品種移栽成活率，這是導(dǎo)致產(chǎn)量明顯降低的主要原因。NAP對(duì)水稻移栽成活率影響較小。兩有機(jī)污染物都引起水

4、稻抽穗期的延遲，這是影響產(chǎn)量的另一個(gè)原因。在產(chǎn)量構(gòu)成因子中，TCB和NAP對(duì)每盆穗數(shù)和結(jié)實(shí)率的影響最為明顯。TCB對(duì)產(chǎn)量的影響明顯較NAP嚴(yán)重，這是其明顯抑制生長的結(jié)果。兩有機(jī)污染物均影響稻米品質(zhì)，其中對(duì)稻米堊白度的影響最明顯；其次是精米率，整精米率，蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量：兩有機(jī)污染物對(duì)出糙率幾乎無影響。TCB和NAP在水稻籽粒中都均有殘留，籽粒中NAP的含量較高，約為TCB的10倍，表明NAP的生物可利用性要比TCB高。汕優(yōu)63籽

5、粒中積累兩種有機(jī)物的量明顯高于武運(yùn)粳7號(hào)。上述結(jié)果表明，在污水灌溉實(shí)踐中要注意控制秧苗移栽期灌溉水的水質(zhì)，嚴(yán)格控制灌溉水中TCB尤其是NAP的含量，選用合適品種，以保證產(chǎn)量和糧食安全。 3TCB和NAP對(duì)水稻光合作用的影響葉綠素含量、Rubiscos酶活性、凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Cs)、細(xì)胞間隙CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)、原初光能轉(zhuǎn)換效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)、光合電子傳遞量子效率(ФPS

6、Ⅱ)、光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)、非光化學(xué)猝滅系數(shù)(qN)等光合參數(shù)均受兩有機(jī)污染物的抑制。而且TCB對(duì)以上指標(biāo)的影響明顯大于NAP，汕優(yōu)63的敏感性要高于武運(yùn)粳7號(hào)。在各葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)中，F(xiàn)v/Fo和qN對(duì)有機(jī)污染脅迫最為敏感。因此，可將葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fo、qN可作為成苗后水稻毒害的敏感診斷指標(biāo)。 4TCB和NAP對(duì)水稻呼吸作用的影響幼苗期和抽穗期根系呼吸速率隨TCB和NAP處理濃度升高而明顯降低，且TCB較NAP嚴(yán)重

7、。種子淀粉酶同工酶表達(dá)變化不明顯。葉片和根系蘋果酸脫氫酶(MDH)同工酶變化也很小。細(xì)胞色素氧化酶(COD)活性及其同工酶表達(dá)明顯受TCB和NAP的抑制，推測在TCB和NAP脅迫條件下，呼吸速率的降低主要是由于COD同工酶表達(dá)受到抑制所致。5TCB和NAP對(duì)水稻DNA和蛋白質(zhì)的影響TCB和NAP引起葉片和根系中DNA含量的下降，且葉片中DNA下降較葉片緩慢。期外DNA合成結(jié)果證明，有機(jī)污染物明顯造成了根系DNA的損傷，而葉片DNA在短期

8、內(nèi)(3d)未受到有機(jī)污染物的明顯傷害，隨脅迫時(shí)間延長也會(huì)導(dǎo)致葉片DNA損傷。這種DNA的損傷也在蛋白質(zhì)表達(dá)水平上反應(yīng)了出來。水稻全蛋白電泳分析結(jié)果表明，污染物可明改變蛋白質(zhì)的表達(dá)譜。水培條件下，20mg·kg-1TCB脅迫導(dǎo)致葉片表達(dá)的蛋白量為對(duì)照的74％，而40mg·kg-1TCB則僅為對(duì)照的61％；根系中蛋白表達(dá)分別是對(duì)照的54％和16％。NAP對(duì)葉片和根系蛋白表達(dá)的影響較TCB輕。結(jié)果還顯示，有機(jī)污染物在明顯抑制敏感蛋白質(zhì)表達(dá)的同

9、時(shí)，也誘導(dǎo)表達(dá)新的蛋白質(zhì)或增加某些蛋白質(zhì)的表達(dá)量，如20mg·kg-1TCB誘導(dǎo)根系蛋白質(zhì)A、F的表達(dá)，20mg·kg-1NAP誘導(dǎo)葉片中蛋白質(zhì)C的表達(dá)。這些新的蛋白質(zhì)的表達(dá)或蛋白質(zhì)表達(dá)的上調(diào)可能與水稻的污染抗性相關(guān)。 6酶保護(hù)系統(tǒng)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)對(duì)TCB和NAP脅迫的應(yīng)答TCB和NAP脅迫導(dǎo)致水稻葉片和根系中丙二醛(MDA)含量增加，表明兩有機(jī)污染物導(dǎo)致水稻體內(nèi)過氧化脅迫。超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(

10、CAT)三種抗氧化酶均隨TCB和NAP處理濃度的增加而呈先誘導(dǎo)后抑制的變化趨勢，其中POD表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐有機(jī)污染物的能力，SOD次之，CAT對(duì)有機(jī)污染物最為敏感。因而，可將POD作為有機(jī)污染物抗性育種的篩選指標(biāo)，而CAT可作為有機(jī)污染土壤植物毒害的敏感指標(biāo)。在有機(jī)污染脅迫下，根系對(duì)鈣(Ca)的吸收受到促進(jìn)，它可能與H2O2共同完成逆境信號(hào)的傳遞、轉(zhuǎn)導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)植物體對(duì)逆境的應(yīng)答。但在高濃度脅迫下，細(xì)胞內(nèi)游離態(tài)的Ca持續(xù)增加導(dǎo)致細(xì)胞Ca毒害作

11、用的發(fā)生。示蹤動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果顯示，40mg·kg-1TCB和NAP抑制“Ca庫”對(duì)原生質(zhì)Ca的調(diào)節(jié)。同時(shí)TCB和NAP促進(jìn)細(xì)胞質(zhì)膜對(duì)Ca的跨膜運(yùn)輸，也促進(jìn)根系中原生質(zhì)Ca向地上部葉片的運(yùn)轉(zhuǎn)。 7有機(jī)污染條件下水肥管理措施對(duì)水稻產(chǎn)量的調(diào)控在60mg·kg-1TCB和NAP污染條件下，增施氮(N)、磷(P)、鉀(K)肥、尤其是有機(jī)肥可明顯提高產(chǎn)量，N肥不足可使污染毒害作用加重，產(chǎn)量降低。濕潤灌溉也有利于提高產(chǎn)量，但武運(yùn)粳7號(hào)在TCB