FeSO_(4)对水稻根表铁膜及污染稻田土中镉迁移转运影响研究

选取湖南某污染稻田耕作层土壤,通过盆栽实验外源施加硫酸亚铁(FeSO_(4)),研究FeSO_(4)对水稻根表铁膜及污染稻田土中镉(Cd)迁移转运的影响。结果表明,随着FeSO_(4)施加量增加(0~320 mg/kg),水稻根际土壤pH值呈下降趋势,最高下降了0.70;水稻盆栽土壤TCLP-Cd含量与对照组相比出现一定程度上升;施加FeSO_(4),降低了水稻茎叶、谷壳、糙米中Cd含量,增加了水稻植株根表铁膜的数量,一定程度上控制了水稻对土壤中Cd的吸收。但施加外源铁影响了土壤pH值及Cd的生物有效性,在实际稻田施加FeSO_(4)时建议与石灰等其他碱性修复材料进行组配,以获得更好的阻控效果。

施硅水平对水稻根表铁膜和体内Cd累积分布的影响

稻田镉(Cd)污染治理是中国当前亟需解决的重大科学问题;根表铁膜是水稻根系吸收Cd的重要屏障,施硅(Si)调控水稻根系抗氧化酶和乙烯合成酶活性影响根表铁膜对Cd的吸附,并改变水稻体内Cd的累积和分布,但不同施Si水平对水稻根表铁膜和体内Cd累积分布的影响尚未完全清楚。采用水稻盆栽试验,探讨高、低两种施Si水平条件下,水稻成熟期不同组织器官中Cd的含量、分布规律和水稻体内Cd的转运能力,以及抽穗期根表铁膜的Cd含量、形貌特征与根系抗氧化酶和乙烯合成酶基因的表达,试图揭示不同施Si水平对水稻根表铁膜Cd吸附和体内Cd累积分布的影响。结果表明,施Si会减少成熟期水稻茎中Cd的含量,增大根系中Cd的分布比例,而高Si水平(0.66 g·kg^(-1))还会进一步降低茎节和糙米中Cd的含量和分布比例,抑制根系转运Cd至糙米的能力。此外,施Si可以增强抽穗期水稻根系超氧化物歧化酶基因(OsSOD-Cu/Zn和OsSOD-Fe)、过氧化氢酶基因(OsCATa和OsCATb)以及乙烯合成酶基因(OsACS1)的表达,高Si水平(0.66 g·kg^(-1))能够显著增加根表铁膜中的DCB-Fe和DCB-Cd含量,增大根表铁膜的表面粗糙度,并且进一步增强根系OsSOD-Fe和OsACS1的表达。研究结果证实施Si水平是影响水稻根表铁膜和体内Cd累积分布的关键因素,高水平Si能够更显著地促进水稻根系抗氧化酶基因的表达,增强铁膜形成及其对Cd的吸附,并且抑制根系Cd向糙米的转运和茎节中Cd的分布,从而降低糙米中Cd的累积。该研究成果可为解决中国稻田Cd污染治理难题提供理论依据。

氮肥追施时间对水稻根表铁膜形成及稻米镉含量的影响

以不施氮肥(CK)处理为对照,分别在移栽后7(T1)、14(T2)、21 d(T3)追施氮肥,1个氮肥均作基肥处理(T4),研究氮肥追施时间对晚稻品种湘晚籼12号和玉针香根表铁膜形成和糙米Cd含量的影响。结果表明,与对照相比,施用氮肥显著提高产量和根表铁膜形成量及Cd吸附量,显著降低水稻不同时期各器官Cd含量。湘晚籼12号和玉针香产量分别以T1和T3处理最高,分别较对照提高35.42%和26.74%;根表铁膜形成量在不同时期表现为分蘖期>齐穗期,分蘖期根表铁膜形成量均表现为T2、T3处理显著高于其他处理;根膜Cd吸附量均表现为齐穗期>分蘖期,分蘖期和齐穗期根膜Cd吸附量均以T1和T2处理较高。2个品种糙米Cd含量均在T1处理下最低,相较对照分别降低65.0%和54.8%。移栽后推迟氮肥追施时间并未降低糙米Cd含量,不建议水稻生产中推迟分蘖肥施用时间。

磷钙基肥对水稻根表铁膜及稻米中Cd含量的影响

稻米中镉超标是农业环境领域非常重要的课题,利用肥料调控技术,降低稻米中Cd含量具有重要意义。本研究利用磷酸钙镁和石灰配成磷钙基肥,研究其施用浓度对水稻根表铁膜特征及稻米中Cd含量的影响。结果显示,施加0.2‰~1.0‰磷钙基肥对水稻株高和全根的生长状况影响不大,但1.2‰浓度下会影响植株根的发育。基肥的施用会提升土壤pH,降低土壤Cd的有效浓度,进而降低植株中各器官和稻米中Cd含量。对于pH 4.7,总Cd含量为1.2 mg/kg的稻田土壤,当施用1.0‰磷钙基肥时,稻米中Cd为0.124 mg/kg,达到国家粮食安全标准。0.2‰~0.5‰的基肥能促进水稻根表铁膜的形成;超过0.8‰的磷钙基肥施加,会降低Fe和Mn的有效性,阻止铁膜的形成。铁膜对Cd的吸收阻控主要与铁膜中Fe含量相关,而与Mn关系较低。因此,施用磷钙基肥是实现Cd超标农田中水稻安全生产的有效措施之一。

铁氧化菌促进水稻铁膜形成及其对Cd迁移的阻隔

通过硫化亚铁梯度管法和邻菲啰啉分光光度法,研究菌株LLDRA6的铁氧化特性。利用扫描电镜-能谱仪(scanning electron microscope-energy spectrum analysis,SEM-EDS)、连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠(dithionite-citrate-bicarbonate,DCB)法,以及对两种盆栽水稻籽粒和茎叶的Cd含量检测,探讨菌株LLDRA6对IP形成的影响及其对水稻Cd迁移的阻隔效果。研究表明,LLDRA6在硫化亚铁梯度管中形成明显的Fe(II)氧化圈,接种该菌的LB培养基Fe(II)氧化率高于对照组,表明LLDRA6是一株铁氧化细菌。SEM-EDS显示,经LLDRA6和Fe(II)处理后的水稻根系表面附着有明显的层状沉淀物,沉淀物内含有大量Fe元素。DCB法提取试验显示:经LLDRA6和Fe(II)处理后的根系表面IP含量显著高于其他处理组,表明LLDRA6促进了IP的形成;该处理下的茎叶和籽粒的Cd含量均显著低于其他处理组。菌株LLDRA6促进水稻根系表面IP的形成,以及IP对Cd迁移具有显著的阻隔效果。

水稻根表铁膜形成及其对镉吸收的影响机理研究进展

镉作为不可降解的有毒重金属污染物,在土壤中具有较强的迁移性和生物有效性,可通过水稻根部吸收转运至地上部分,从而在稻米中积累,并通过食物链对人类健康产生潜在风险。根表铁膜是水稻为了适应淹水和其他环境胁迫而形成,各种非生物和生物因素都会对其形成产生影响,有关根表铁膜与水稻Cd吸收的关系也有很多报道。本文综述了水稻根表铁膜的形成、影响因素及其对水稻Cd吸收积累的影响机理,并对根表铁膜调控水稻Cd吸收、转运与积累的应用前景进行了展望。

铁膜在水稻重金属胁迫中的作用研究综述

我国水稻种植区域广泛,是主要的粮食作物之一。环境中的重金属铊会通过水稻根系进入植株体内,进而影响植物的生长发育,若通过食物链进入人体,也会对人类的健康造成严重威胁。铁膜是植物根表适应环境而形成的一层铁氧化物膜。为研究根表铁膜对水稻吸收重金属过程的影响,从重金属对人体的危害、与植物之间的互作及铁膜在重金属胁迫下的解毒机制等方面展开综述,在宏观及分子层面上提出了3个研究方向探究铁膜在水稻重金属胁迫中的作用。

水稻根表铁膜对磷的富集作用及其与水稻磷吸收的关系

采用溶液培养方法 ,使铁毒耐性不同的两个基因型水稻根表分别形成有铁膜和无铁膜的根系 ,研究水稻根表铁膜对磷的富集作用及其与水稻磷吸收的关系。不同基因型水稻根表形成的铁膜厚度存在显著差异 ,对介质中磷的富集能力也有显著差异。根表形成的铁膜越厚 ,对介质中磷的富集作用也越大 ,即根表铁膜数量与铁膜对磷的富集量呈显著正相关。铁膜对磷的富集作用是一个化学过程 ,吸附可在 0 .5～ 1.0 h内达到饱和。根表铁膜明显促进水稻对磷的吸收 ,表明在淹水降低土壤磷有效性时 ,水稻根表铁膜富集的磷可作为磷库 ,保证水稻能正常吸收利用磷。

湿地植物根表铁膜研究进展

为了适应渍水环境,许多湿地植物都具有根系泌氧、形成铁膜的能力。因铁膜具有特殊的物理或化学结构,可以通过吸附和共沉淀作用影响元素在土壤中的化学行为和生物有效性,在植物吸收营养元素和重金属中起重要作用。综述了湿地植物根表铁膜的形成、影响因素以及根表铁膜对营养元素和重金属的生态环境效应,从表征技术方面阐述了根表铁膜的作用机制。对今后的研究方向给出如下建议:(1)扩大研究领域;(2)铁膜形成的动态变化过程;(3)铁膜对植物生理形态的影响;(4)利用先进的表征技术以确定铁膜的作用机制。

不同生育期水稻根表铁膜的形成及其对水稻吸收和转运Cd的影响

采用盆栽试验,研究不同生育期水稻根表铁膜的形成及其对水稻吸收和转运Cd的影响。结果表明,水稻根表铁膜的形成受到不同品种和不同生育期影响。随着生育期的延长,两种水稻(YD6和NK57)根表铁膜形成量均呈下降趋势。与分蘖期相比,YD6和NK57根表铁膜量孕穗期分别减少82.9%和44.4%,成熟期分别减少85.2%和82.52%。两种水稻根系和茎叶Cd含量随着水稻生育期的延长而增加。YD6籽粒Cd含量显著高于NK57。Cd在水稻植株的富集系数和分配比率随着不同品种和生育期产生较大变化。YD6品种从根表铁膜和根系向籽粒转运Cd的能力显著大于NK57。水稻成熟期,根表铁膜量与茎叶和籽粒Cd含量呈极显著的负相关(P<0.01),说明根表铁膜形成可抑制Cd向水稻地上部转运。研究结果暗示可通过不同生育期的管理调节水稻根表铁膜的形成,减少Cd向稻谷中转运,从而降低Cd对人体健康的危害。

水稻根表铁膜形成机制及其生态环境效应

许多水生植物的根系表面及其根际微环境都具有形成铁膜的能力,根表铁膜是植物适应水生环境的重要机制。本文叙述了水稻根表铁膜的形成条件、化学组成与空间分布,分析了根表铁膜形成的生理与分子机理。探讨了根系氧化酶、氧化性物质、根系泌氧能力、根际氧化性微生物活性及相关基因在铁膜形成过程中的作用;在此基础上,进一步分析了水稻根表铁膜的营养效应和阻止重金属离子对根系的毒害效应。最后就根表铁膜的研究方法与调节机制进行了展望。

磷饥饿诱导水稻根表铁膜形成机理初探

采用溶液培养的方法,初步探索了磷饥饿诱导水稻根表铁膜形成的机理。磷饥饿24 h后水稻的根表出现了明显的红棕色物质的沉积,扫描电镜的能谱分析结果显示,红棕色物质是铁的氧化物。针对这一现象,首先研究了没有水稻生长的正常磷营养液和缺磷营养液的变化,结果表明二者之间全波长的扫描图谱没有出现差异。采用酸碱混合指示剂的琼脂染色方法,观察了水稻根系表面及根际pH值的变化情况,并分别测定了正常磷营养(P)和缺磷(P0)2种条件下水稻的根系活力。结果看出,缺磷时水稻根系活力高于磷营养正常的处理,尤其是基因型Jin23A,其P和P0处理间根系活力差异极显著。水稻根表三价铁的浓度高于二价铁,并且缺磷根系表面三价铁和二价铁浓度均明显高于供磷处理;缺磷处理水稻根质外体沉积的铁浓度也明显高于供磷处理。因此,初步确定磷饥饿诱导水稻根表铁膜形成是生物学基础上的化学反应过程。

不同铁形态对水稻根表铁膜及铁吸收的影响

通过溶液培养试验研究了FeCl2.4H2O和FeCl3.6H2O对水稻根表铁膜数量及铁吸收的影响。结果表明,FeCl2处理时水稻根表铁膜浓度是FeCl3处理的197%～233%。利用EDTA-BPDS对铁膜形态分析看出,根表铁膜中Fe3+占85%～92%,Fe2+占8%～15%。水稻天优998(TY998)根表铁膜数量显著高于培杂泰丰(PZTF),其铁吸收是培杂泰丰的115%～138%。两种铁形态处理明显提高了水稻的根系活力,其中,FeCl2处理时水稻根系活力增加24%～69%,FeCl3为16%～54%。FeCl2处理时水稻根系SOD、POD和CAT活性分别增加11%～32%、15%～30%和30%～31%,但FeCl3处理没有明显影响。上述结果表明,一定浓度铁处理明显增加水稻根表铁浓度和铁吸收;与FeCl3处理相比,FeCl2处理能提高根系抗氧化酶活性,增加水稻的铁吸收和根表铁膜数量。

土壤施硒对水稻根表铁膜形成和汞吸收的影响

采用土—砂根际袋联合培养,研究控制条件下土壤施硒对水稻根表铁膜形成,水稻生长以及对硒、汞吸收的影响.结果表明:土壤中施加低质量分数硒(1.0mg/kg)能促进根表铁膜形成,施加高质量分数硒(8.0mg/kg)反而抑制了根表铁膜的形成.无论施汞与否,硒对水稻生长都没有显著影响,说明施硒对水稻的生长没有产生毒害作用.硒能抑制水稻根表铁膜对汞的吸附,能显著降低水稻对汞的吸收和累积,随着硒处理浓度的增加,水稻根部、茎、叶、稻壳和稻米中汞的含量均显著下降.

根表铁膜的形成和添加硒对水稻吸收转运无机汞和甲基汞的影响

为了研究根表铁膜和硒对水稻吸收、转运不同形态的汞的影响,用Fe2+溶液诱导根表形成铁膜后,将水稻植株分别暴露于无机汞(Hg Cl2)、甲基汞(Me Hg Cl)、无机汞和亚硒酸钠(Hg Cl2+Na2Se O3)混合溶液、甲基汞和亚硒酸钠(Me Hg Cl+Na2Se O3)混合溶液的培养液中继续培养72 h。用DCB(dithionite-citrate-bicarbonate)提取根表铁膜,并用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定DCB溶液中Fe、Hg含量及水稻根、茎叶中Hg含量。结果表明:水稻根表铁膜对Me Hg Cl和Hg Cl2均有吸附,对Me Hg Cl的吸附作用高于Hg Cl2。根表铁膜的形成显著降低了汞暴露水稻根、茎叶中汞的含量;铁膜的形成也显著降低了Hg Cl2和Me Hg Cl从水稻根部到茎叶部分的转运效率。硒的存在可增加铁膜对Hg Cl2和Me Hg Cl的吸附,降低水稻对Hg Cl2和Me Hg Cl的吸收和转运。研究结果表明:根表铁膜和硒单独或联合作用能显著抑制水稻对无机汞和甲基汞的吸收和转运,进而可以减少汞在稻米中的蓄积。研究的开展对于提高汞污染区稻米的质量和保证粮食安全具有一定的现实意义。

Fe^(2+)和Mn^(2+)对水稻根表铁膜及镉吸收转运的影响

采用水培实验,研究外源添加Fe^(2+)和Mn^(2+)对水稻幼苗根表铁膜形成、抗氧化酶活性及镉吸收转运的影响。结果表明:(1)添加Fe^(2+)使水稻幼苗根表铁膜中铁元素显著增加114.9%(质量分数,下同),锰和镉元素则分别显著降低了55.2%和42.3%(P<0.05);添加Mn^(2+)使铁膜中锰元素显著增加180.1%,镉元素则显著降低了18.0%。(2)添加Fe^(2+)能显著降低水稻幼苗叶片中活性氧(ROS),缓解ROS对水稻幼苗的毒害;添加Mn^(2+)使得叶片中ROS、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽转移酶增加,Mn^(2+)处理引起的ROS升高可能起到诱导水稻胁迫应答,缓解镉毒害作用。

磷素对水稻根表红棕色铁膜的影响及营养效应

【目的】磷饥饿能明显诱导水稻根表红棕色铁膜的形成。然而,磷素是如何诱导水稻根表红棕色铁膜形成并不清楚。【方法】论文在水培条件下,对24个不同来源的传统水稻品种培养21 d后,分别进行缺磷和0.1 mmol·L-1 Fe2+处理,测定其根长、根表面积、根系干重、地上部干重及根表铁含量,从而筛选出根表铁膜含量较高的水稻品种"天优998",并以此为材料,设置不同养分元素缺乏试验(缺氮、缺磷、缺钾及其交互等8个处理)、分根试验(两边根系同时进行正常磷处理;一边根系缺磷处理,另一边根系正常供磷处理;两边根系同时进行缺磷处理)和不同磷铁比试验(磷浓度为0.0125—0.4 mmol·L-1;铁浓度为0.1—3.2 mmol·L-1,按磷铁比为1﹕1;1﹕3;1﹕5;1﹕8处理设计了4个小试验),测定了水稻根表铁膜浓度、根表无机磷浓度、根内无机磷浓度、根系和地上部磷、铁含量,探讨了磷素对根表红棕色铁膜形成及其营养效应。【结果】不同水稻品种根表铁膜浓度存在明显差异,24个水稻品种幼苗根表铁膜浓度范围为3.67—9.78 mg·g-1,水稻根表铁膜含量与根长、根表面积、根系干重、地上部干重呈显著的正相关。不同养分元素缺乏试验表明,水稻根表铁膜由红棕色铁膜和非红棕色铁膜组成,仅缺磷处理都能诱导水稻根表红棕色铁膜的形成,而缺氮和缺钾处理却不能。分根试验处理表明,缺磷处理根系侧并不能诱导正常供磷处理侧根系根表形成红棕色铁膜,根表红棕色铁膜形成主要受根表外源无机磷的影响,与根内无机磷无关。不同磷铁比试验表明,根表红棕色铁膜形成与根表磷铁比有关,根表DCB-Fe浓度与根系溶液中铁浓度有关;只有当磷铁比≤1﹕3时,根表才会形成明显的红棕色铁膜,随着磷铁比的降低,根表红棕色铁膜颜色加深;随着根系溶液中铁浓度的增加,根表DCB-Fe浓度逐渐增加,最大值为36.50 mg·g-1。最后进一步对磷铁比处理形成的根表红棕色铁膜水稻根系和地上部磷、铁吸收量进行测定,研究结果发现,根表红棕色铁膜的加深有利于水稻根系和地上部磷、铁的吸收。【结论】内源磷信号并不能诱导根表红棕色铁膜的形成,仅外源磷缺乏才能诱导根表红棕色铁膜的形成,根表红棕色铁膜的形成与根系周围环境中磷铁比有关,而根表DCB-Fe的形成仅与溶液中铁浓度有关。形成的根表红棕色铁膜在根系周围充当营养库的功能,有利于植物对磷、铁的吸收利用。

不同栽培方式对籼、粳稻根表铁膜和根铁、镉含量的影响

在Cd污染土壤中研究淹水、覆膜、覆草和湿润栽培对籼、粳稻不同生育时期根表铁膜Fe、Cd含量和根Cd含量的影响 .结果表明 ,在分蘖期 ,粳稻根表铁膜Fe含量和根Cd含量在 4种栽培方式中平均为6 .37和 2 5 .49mg·kg- 1 ,分别比籼稻的 4 .52和 1 6 .37mg·kg- 1 增加 1 .85和 9.1 2mg·kg- 1 .在孕穗期 ,粳稻根表铁膜Fe、Cd含量和根Cd含量在 4种栽培方式中平均为 1 .60、1 6 .35和 54 .68mg·kg- 1 ,分别比籼稻的 1 .0 6、9.56kg和 43 .31mg·kg- 1 增加 0 .54、6 .79和 1 1 .37mg·kg- 1 .在灌浆期 ,粳稻根表铁膜Fe含量覆草和湿润栽培为 0 .89和 1 .0 0mg·g- 1 ,分别比籼稻的 0 .63和 0 .30mg·g- 1 增加 0 .2 6和 0 .70mg·g- 1 ;粳稻根表铁膜Cd和根Cd含量在 4种栽培方式中平均为 1 5 .2 3和 73 .68mg·kg- 1 ,分别比籼稻的 3 .46和52 .38mg·kg- 1 增加 1 1 .77和 2 1 .30mg·kg- 1 .收获时 ,根表铁膜Fe含量淹水栽培的籼稻为 1 .2 1mg·g- 1 ,比粳稻的 0 .65mg·g- 1 增加 0 .56mg·g- 1 ,覆草栽培的粳稻为 0 .94mg·g- 1 ,比籼稻 0 .55mg·g- 1 增加 0 .39mg·g- 1 ;根表铁膜Cd含量湿润栽培的粳稻为 7.96mg·kg- 1 ,比籼稻的 5 .0 9mg·kg- 1 增加 2 .87mg·kg- 1 ;根Cd含量粳稻在

水稻根表铁膜对水稻根吸收铅的影响

采用土-砂联合培养方法诱导水稻根表形成不同数量的铁膜:高铁膜(HP)和低铁膜(LP),探讨铁膜形成的多少对水稻离体根系吸收铅的影响.结果表明,在水稻生长期间,水分显著影响根表形成铁膜的数量.水稻吸收的铅大部分结合在根组织中(平均75%),少部分富集在根表铁膜中(平均25%).与低铁膜相比,高铁膜可以增强铅在水稻根表铁膜和根中的积累,由此可见,铁膜可能在一定程度上促进铅向水稻根内的转运.

根表铁膜对水稻铅吸收转运的影响

通过温室土壤盆栽试验研究不同生育期水稻根表铁膜形成对水稻吸收和转运Pb的影响。结果表明,两种水稻根表铁膜形成量(以DCB-Fe含量计)及铁膜中吸附的Pb量均随着生育期的延长而减少。水稻根表铁膜Fe含量与铁膜吸附的Pb量呈显著的正相关关系(r=0.798,p<0.01)。水稻根系和茎叶吸收积累Pb随着不同品种和不同生育期而变化。品种NK57籽粒Pb含量显著高于品种YD6,前者为后者的1.9倍。从富集系数和分配比率来看,Pb主要富集在水稻的铁膜和根系中,而积累在茎叶和籽粒中的比率较少。Pb从水稻根表铁膜、根系和茎叶向籽粒中的转运系数在两个水稻品种间差异均不显著。水稻分蘖期和孕穗期根表铁膜量与根系Pb含量均呈显著的正相关关系(p<0.05),但是成熟期水稻根表铁膜量与根系、茎叶和籽粒中Pb含量相关性均不显著,说明根表铁膜形成对水稻分蘖期和孕穗期吸收积累Pb有一定影响,但对水稻成熟期根系、茎叶和籽粒吸收积累Pb影响不大。