铁的生理功能与富铁水稻的研究进展

简述了铁的生理功能以及人体缺铁后的主要病症,对稻体中铁含量及其生物有效性以及铁在稻体中富集的分子机理,外源物质对铁富集的影响和富铁水稻品种的选育等方面的研究进展进行了综述,并对今后富铁水稻选育的研究方向进行了展望。     

土壤—水稻体系总铁含量的测定及其相关性研究

对韶关地区土壤及其水稻不同部位的铁含量进行了采样测定,分析了水稻中重金属铁含量与其土壤的关系。结果表明,水稻不同部位中铁的含量不尽相同,其根、叶、茎及米粒中的铁含量依次为:根叶茎大米,且与土壤中的铁含量呈正相关,说明水稻中金属铁含量与其生长环境密切相关、水稻对金属铁具有一定的富集性。     

活化铁尾砂与镁改性生物炭配施对水稻幼苗生长及盐碱土性质的影响

为探究活化的高硅型铁尾砂与镁改性生物炭配施材料对水稻幼苗生长及盐碱土壤理化性质的影响以及改善盐碱地水稻生产力的可行性,本研究应用电子扫描显微镜对生物炭材料进行形貌结构观察,应用傅里叶变换红外光谱仪对生物炭材料进行官能团表征;开展盆栽实验,探究活化铁尾砂与生物炭材料配施对水稻幼苗的形态学和生理学的影响及对盐碱土的改善效果。结果表明,相比于其他生物炭材料,活化铁尾砂-镁改性生物炭材料孔隙较大,表面更加粗糙,对于养分的吸附能力强,表面的官能团丰富。盆栽实验中活化铁尾砂-镁改性生物炭配施组中水稻幼苗株高、根长、根冠比和干质量分别较对照组提高12.61%、191.49%、42.93%和100.00%;叶片的丙二醛和活性氧含量分别降低65.76%和46.46%;过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、叶绿素和可溶性蛋白值分别升高117.35%、44.75%、55.00%和19.31%。施用活化铁尾砂-镁改性生物炭材料后,盐碱土的电导率降低,p H、总碳、总氮、土壤有效硅、总磷和总钾含量升高。研究证明活化铁尾砂-镁改性生物炭材料性能优越,并且活化铁尾砂与镁改性生物炭配施改善了盐碱土壤理化性质和养分含量,使水稻幼...     

镉对水稻幼苗累积微量元素的影响

采用水培试验,研究了镉对锌、硼、锰、钼、铜和铁元素在水稻幼苗中累积的影响。结果表明,不同浓度镉处理,能不同程度地提高水稻根、叶鞘和叶片中锌、硼含量,降低其中的铜含量;提高水稻叶片中锰和钼含量,降低根中锰和钼含量;提高水稻根中的铁含量,而降低叶鞘和叶片中铁含量。镉对锌、硼、锰、钼、铜和铁元素累积的影响是水稻幼苗缓解镉毒害的一种反应。     

不同铁肥及其施用方法对水稻籽粒镉吸收的影响

针对四川省稻田生态系统中镉(Cd)污染突出的问题,以轻度Cd超标稻田治理为目标,开展阻控稻米积累Cd的施肥技术研究。通过大田试验采用裂区设计,研究不同铁肥种类及施用方法对水稻籽粒Cd吸收的影响。结果表明,不同铁肥处理均增加了四个不同类型水稻品种的产量,其中硫酸亚铁追肥喷施显著增加了Y两优的产量(6.67%,P0.05),EDDHA-Fe底肥土施及追肥喷施显著增加了德粳1号的产量(13.33%～14.32%,P0.05)。不同铁肥施用方式中,EDDHA-Fe喷施处理对四个水稻品种的稻米Cd含量降低幅度最大(20.87%,P0.05)。不同时期喷施铁肥结果来看,以孕穗期、扬花期和灌浆期各喷施一次EDDHA-Fe处理的稻米Cd含量最低。四个水稻品种的秸秆Fe含量与稻米Cd含量呈直线性负相关。扬花期喷施铁肥稻米中Fe含量增加最多,稻米/秸秆Fe含量比值远高于稻米/秸秆Cd含量比值,这表明水稻中Fe由植株向稻米转移的速率远高于Cd。水稻稻米Fe含量与稻米Cd含量呈二元函数关系(P0.05),在较低含量时,水稻籽粒中Cd的含量随着Fe含量的上升而上升,当到达一定程度时,水稻籽粒中Cd的含量随着Fe含量的上升而下降。研究表明,水稻籽粒中的Cd受秸秆中Cd和铁肥施用方式和类型的影响,通过合理施用铁肥可以降低镉轻度污染土壤中稻米Cd含量。     

生物炭对水稻镉吸收的影响

为明确施用生物炭对水稻镉吸收的影响,研究了不同生物炭施用量(1.5%、3.0%、6.0%)对土壤pH、土壤有效态镉含量、水稻产量、水稻籽粒中镉含量的影响。结果表明:施用生物炭能够显著提高土壤pH,比对照组分别增加0.05,0.11,0.16。施用生物炭能够降低土壤中有效态镉的含量,比对照组分别降低2.4%、3.8%、7.1%。施用生物炭能够增加水稻产量,施用生物炭的3个处理水稻产量均高于对照处理,但差异不显著。施用生物炭能够抑制镉向水稻植株中迁移,显著降低水稻籽粒中镉的含量,比对照组分别降低20.2%、21.5%、25.8%。在镉污染土壤中施用生物炭可显著降低镉的有效性,降低了水稻镉污染的风险,对保障粮食安全具有重要意义。     

控制光照条件下生物炭对水稻土中铁还原过程的影响

为探究生物炭的添加对淹水稻田体系中蓝藻等光合微生物生长及稻田土水界面氧化还原平衡的影响,选择3种水稻土样品,采用土壤泥浆厌氧恒温培养方法,在控制光照条件下研究添加不同粒径生物质对光合细菌生长及Fe(Ⅲ)还原过程的影响。结果表明,避光条件下添加生物炭可以促进水稻土中铁还原过程,但不同粒度生物炭对铁还原的促进作用差异不显著。光照条件下添加不同粒度生物炭使天津(TJ)、宁夏(NX)和四川(SC)水稻土中叶绿素a(Chl a)含量分别降低35.63%~67.47%、39.66%~70.56%和46.82%,生物炭粒度对Chl a累积量的影响因土壤不同而存在差异。光照刺激下光合微生物的大量生长并产氧,引起了Fe(Ⅱ)的氧化,使Fe(Ⅱ)累积量降低了6.009~6.415 mg·g-1(TJ)、1.473~2.058 mg·g-1(NX)和3.037~3.693 mg·g-1(SC)。光照条件下,添加生物炭在三种水稻土中均对铁氧化过程有促进作用,且增加量与水稻土来源和生物炭粒度有关:TJ和SC水稻土中0.25 mm处理和0.25~0.5 mm处理对铁氧化的促进作用高于0.5~1.0 mm处理和1.0~2.0 mm处理;NX水稻土中,不同粒度生物炭对铁氧化的促进作用差异不明显。表征光合微生物生长的Chl a含量、体系p H的改变量及Fe(Ⅱ)的氧化量之间存在显著的相关性。     

长期不同耕作方式与秸秆还田对稻田镉生物有效性的影响

以湖南省典型双季稻区的土壤-水稻系统为研究对象,通过长期田间连续定位试验,研究不同耕作方式和秸秆还田对土壤-水稻系统镉生物有效性的影响。试验采用随机区组设计,共设4个处理:翻耕+秸秆不还田(CT);翻耕+秸秆还田(CTS);旋耕+秸秆还田(RTS);免耕+秸秆还田(NTS)。结果表明:NTS处理增加了土壤阳离子交换量,降低了粉粒的比例。NTS处理土壤总镉和离子交换态镉含量分别为(0.48±0.01)mg·kg~(-1)和(0.39±0.01)mg·kg~(-1),与CTS和RTS处理均无显著差异,但显著高于CT处理。NTS处理早稻和晚稻糙米总镉含量分别高达(0.30±0.04)mg·kg~(-1)和(0.60±0.07)mg·kg~(-1),超过0.20 mg·kg~(-1)的国家食品安全标准(GB 2762—2017),且显著高于其他处理。水稻糙米中总镉含量和土壤总镉、碳酸盐结合态镉和铁锰氧化物结合态镉含量显著正相关。研究表明,耕作强度越弱土壤中镉的生物有效性越高,秸秆还田相对于不还田处理增加了镉的生物有效性。耕作方式和秸秆还田通过影响土壤镉生物有效性进而影响水稻镉含量,免耕秸秆还田增加了土壤和水稻糙米中的镉,带来了镉超标的安全问题。     

水分管理、铁硅材料与生物炭对不同水稻品种吸收镉的影响及其机制

通过田间微区试验研究了三种水分管理模式干旱(D)、间歇淹水(IF)、持续淹水(CF)以及水分管理与钝化剂(铁硅材料及生物炭)联合修复模式对不同水稻品种吸收Cd的影响,并探讨其影响的可能机制。结果表明,从分蘖前期到成熟期CF处理各水稻品种糙米Cd的含量比IF处理降低0.20%～45.43%,比D处理降低37.67%～62.11%。三种水分条件下低累积水稻品种G8优2168糙米中Cd的含量比常规品种G8优165低35.03%～54.61%。施加铁硅钝化剂在三种水分(D、IF、CF)条件下,糙米中Cd含量比对应单一水分管理模式依次分别下降64.26%、55.74%、38.14%;施加铁硅+生物炭钝化剂降Cd效应下降。低累积品种+持续淹水联合铁硅钝化剂处理,糙米Cd含量最低。水稻根表铁膜中Cd含量在三种水分条件(D、IF、CF)下依次增加,根系和糙米中Cd含量则依次减少,表明持续淹水可以促进根表铁膜对Cd的固定,同时持续淹水使土壤CaCl2提取有效态Cd的含量显著下降,两者共同作用降低了糙米Cd的含量。施加铁硅钝化剂对根系铁膜固定Cd无显著影响,主要通过显著降低土壤有效态Cd使糙米中Cd含量下降。低累积水稻品种+持续淹水水分管理+铁硅钝化剂联合修复技术可以最大限度保障糙米安全生产。种植低累积水稻和在水稻生长关键期持续淹水水分管理对抑制水稻Cd吸收具有重要意义。在水稻缺水季节及缺水地区则更应重视低累积水稻品种和钝化剂的应用。     

矿区Cd污染稻田生物炭生态原位钝化及Cd形态转化

为探究生物炭对矿区Cd污染稻田土壤原位钝化生态修复效果,进行稻田土壤Cd污染修复试验,设置海泡石（BC1）、生物炭（BC2）、空白对照（BC3）3种处理。采用梯度扩散薄膜（DGT）技术研究水稻根际土壤Cd生物有效性,明确其对水稻根际土壤Cd生物有效性和土壤Cd形态转化的影响。结果表明：生物炭影响矿区Cd污染稻田水稻根际土壤Cd形态比率。生物炭改变稻田土壤中Cd形态,明显提高土壤中残渣态Cd含量占比,提高幅度达27.84%,利于其他形态Cd向更稳定的残渣态转变。生物炭改变矿区Cd污染稻田水稻根际土壤Cd生物有效性。与空白对照相比,生物炭使水稻收获期的根际土壤Cd生物有效性降低了40.90%,土壤中有效态Cd含量降低了9.53%;海泡石处理的土壤Cd生物有效性比生物炭处理的土壤Cd生物有效性降低了83.90%,海泡石处理的土壤有效态Cd含量比生物炭处理的土壤有效态Cd含量降低了7.73%。生物炭可提升矿区Cd污染稻田土壤质量。生物炭改善了水稻土壤质量;与空白对照相比,生物炭处理的土壤有机质提高了6.75%,土壤阳离子交换量升高了8.44%,土壤pH值提升了7.44%;与海泡石对照相比,生物炭处理的土壤有机质提高了2.95%,土壤阳离子交换量升高了9.22%,土壤pH值降低了13.33%。研究表明,生物炭原位钝化能有效降低矿区Cd污染稻田土壤Cd生物有效性,提升生态修复水平。     

精米中铁含量差异的研究

[目的]分析水稻精米中铁含量的差异。[方法]从国内不同地区采集了239份水稻样品,用ICP测定稻米中各种元素含量,研究不同基因型精米的铁含量分布,分析铁含量与其他微量元素含量的关系以及与氨基酸含量的关系,遴选出富铁的水稻品种。[结果]239份稻米样品中铁含量在1.15～43.84 mg/kg,平均值为(13.056±3.613)mg/kg,变异系数为28%。不同基因型水稻精米铁含量频率为正态分布,其含量差异极为显著。精米中铁含量与微量元素Cr、Ni、As的含量相关性不显著,与Cu、Mo、Zn相关性极显著。精米中铁含量与氨基酸呈负相关,且均不显著。[结论]水稻精米铁含量除受遗传因素的控制之外,还受气候、土壤和灌溉水等环境因素的影响。     

叶面喷施氨基酸铁肥对稻米铁含量和营养品质的影响

选取8个含铁量较高的优质水稻品种,在大田条件下采用裂区设计研究叶面喷施新型氨基酸铁肥[Fe(Ⅱ)-AA]对不同品种水稻精米铁含量及其营养品质的影响.结果表明:叶面喷施Fe(Ⅱ)-AA对不同品种水稻精米铁含量增效显著,8个品种水稻精米总体平均铁含量达3.99 mg·kg-1,比对照喷清水显著提高了19.46%;叶面喷施Fe(Ⅱ)-AA后,精米铁含量最高的是日本晴突变体,达4.97 mg·kg-1,比对照显著提高了34.62%;此外,叶面喷施Fe(Ⅱ)-AA能显著增加精米中蛋白质含量、赖氨酸等必须氨基酸含量和15种氨基酸总量.因此,叶面喷施Fe(Ⅱ)-AA可以成为生产实际中提高稻米铁含量和营养品质的经济、有效的农艺措施之一.     

根表铁膜对水稻镉吸收的影响

为了探明根表铁膜对水稻镉吸收的影响,首先从8个水稻品种中筛选出镉低累积品种(丙0203)和高累积品种(绍糯16-72),之后采用水培试验研究了根系活力(根系分泌物)变化与根表铁膜形成的关系,以及外源铁、镉对根表铁膜形成和水稻各部位镉吸收的影响。结果表明,0.05 mg·L^-1 Cd处理24 h,绍糯16-72总的Cd吸收量是丙0203的1.73倍,并且绍糯16-72根、茎、叶各部位的镉累积量均显著(P<0.05)高于丙0203。在此基础上,外源添加铁后,绍糯16-72的镉累积量显著(P<0.05)降低,仅为丙0203的59%,且根、茎、叶中镉含量均显著(P<0.05)低于丙0203。温度试验(培养液温度分别为100 ℃、4 ℃和25 ℃)结果表明,水稻根表铁膜的形成与水稻根系活性密切相关,25 ℃下绍糯16-72的根系分泌物含量和铁膜含量均显著(P<0.05)高于丙0203。外源添加铁和镉后,绍糯16-72的根系活性、根表铁膜含量和铁膜中镉的吸附量增加,且上述指标的增幅均大于丙0203。以上结果表明,根表铁膜的形成可抑制镉向水稻体内迁移。研究结果为通过外源添加铁阻控水稻镉吸收提供了理论依据。     

污灌水中的铁对土壤性质和水稻生长的影响

以污灌水形式带入农田的铁对水稻影响的研究报道尚少。本文通过水稻盆栽试验,研究不同浓度的含铁污水对土壤pH值、水溶性及交换性亚铁含量和水稻植株含铁量、生长状况及产量的影响。结果表明,在两造的时间内,当污灌水含铁1000ppm以上时减产显著,污灌水含铁600～800ppm时有减产的趋势,污灌水含铁600ppm以下时对产量没有显著影响。水稻亚铁中毒时从老叶叶鞘中部开始发病。晚造糙米含铁量为早造的4～9倍。     

水稻中铁锌含量遗传育种研究进展

分析研究水稻中铁、锌含量的必要性,阐述铁、锌元素在水稻植株不同部位的分布规律,并介绍了相关的遗传育种进展。现有的研究发现,铁、锌含量的基因型差异和遗传效应差异较大,并且铁、锌含量还与部分遗传性状相关,对当前研究所取得的进展和存在的问题进行总结,并对相关的研究方向进行展望。     

不同水分供应及氮素形态对旱作水稻铁素营养特征的影响

 为探明非充分灌溉条件下水稻铁素营养特征,设置了不同地下水埋深,模拟水分胁迫、铵态氮和硝态氮施用比例对水稻铁素养分吸收的影响,以及对8个水稻品种在水、旱作条件下分蘖期和成熟期植株样品中铁素含量进行了测定和分析比较。结果表明,在10～50cm范围内,随着地下水埋深增加其剖面各层土壤中有效性铁含量显著下降,由平均2.70mg·kg~(-1)下降到0.83mg·kg~(-1),造成水稻植株体内铁素含量下降40％以上。在非充分灌溉条件下,氮肥中硝态氮施用比例达到75％及其以上时,加剧水稻植株中铁素匮缺。与充分灌溉的处理相比,非充分灌溉条件下的武育粳3号、扬稻4号和9520等3个水稻品种,在分蘖期铁素营养吸收就受到显著不良影响,植株体内平均含铁量分别从195、197和175mg·kg~(-1)下降到99、87和95mg·kg~(-1)。在成熟期,供试8个品种水稻植株体内铁素含量均极显著低于相应的对照(水作)。     

Effect of Different Water Management and Nitrogen Forms on Characteristics of Iron Nutrition of Rice Cultivated Under Aerobic Condition

Although available iron is usually abundant for the growth of rice cultivated in waterlogged condition, the rice crop may suffer from its deficiency when cultivated in aerobic soil since the soil properties are totally different from waterlogged. Solubility of iron is very low in soils with high Eh and/or high Ph. A field experiment with five different depth (10, 20, 30, 40 and 50 cm) of groundwater, and a pot-experiment with five treatments of ammonium-nitrate ratio (100/0, 75/25, 50/50, 25/75 and 0/100) were conducted to study the characteristics of iron nutrition of rice in non-full irrigation condition. Moreover, the contents of iron extracted by 1 mol L-1 HCl of rice plant samples of 8 cultivars from both aerobic and waterlogged cultivation were analyzed to study the effect of water regimes on iron content of rice plants. The results were as follows: (1) The average content of available Fe (2.70 mg kg-1) of 5 layers of the soil treated with 10-cm depth of groundwater was significantly higher than that (0.83 mg kg-1) with 50-cm depth of groundwater, and the iron concentration of rice plant of the former was much higher than that of the later. (2) Iron deficiency of rice became much severe when high ratio of nitrate (more than 75 percent) in nitrogen fertilizer applied at different intervals in aerobic cultivation. (3) The iron concentrations of 3 cultivars, Wuyujing3 (99 mg kg-1), Yangdao4 (87 mg kg-1) and 9520 (95 mg kg-1), of rice plants cultivated in aerobic condition were significantly less than those(195, 197 and 175 mg kg-1) respectively in waterlogged condition at tillering stage. And even much significant differences existed in the iron concentrations of different cultivars growing in the aerobic and waterlogged condition at maturity.     

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。