硅对镉胁迫条件下两个水稻品种镉亚细胞分布、非蛋白巯基物质含量的影响

采用营养液培养方法,以两种籽粒镉含量不同的水稻品种宁粳4号和徽两优6号为试验材料,分别生长在含有硅(Na_2SiO_3)和50μmol·L~(-1)镉(CdCl_2)的介质中7 d,研究了硅对两种水稻吸收累积镉及其非蛋白巯基物质(NPT)含量的影响,比较了两种水稻地上部和根中镉的亚细胞分布特征。研究结果表明:在不同硅镉处理下,相同镉处理浓度下,加入硅后,两种水稻生物量较单独镉处理明显增加;两种水稻根中的镉含量明显高于地上部,籽粒镉含量低的水稻品种宁粳4号转移系数小于籽粒含量高的徽两优6号;外源硅(1.8 mmol·L~(-1))会显著降低水稻对镉的吸收和转运。镉胁迫条件下,硅对水稻植株体内的非蛋白巯基物质(NPT)的含量产生了影响,单独镉处理时两种水稻根部NPT含量较对照明显升高,硅镉复合处理时宁粳4号根NPT含量变化不明显但显著降低了地上部NPT含量,徽两优6号根中NPT含量增加,地上部NPT含量下降。两种水稻品种镉在根中的亚细胞分布表现为细胞可溶物质中含量高于细胞壁,细胞器上含量最少;镉在地上部的亚细胞分布表现为细胞壁中含量高于细胞可溶物质,细胞器上含量最少。     

硅对水稻幼苗镉的解毒作用及其机制研究

采用水培试验方法,研究了硅对镉胁迫下水稻幼苗的解毒效应及其机制。结果表明,Cd(4mg·L~(-1))处理4d后水稻幼苗出现明显的毒害症状,生物产量显著降低。然而,在镉溶液中添加30～180mg·L~(-1)SiO_2后镉毒害症状减轻,生物产量显著提高。硅处理不仅极显著减少水稻含镉量和镉的吸收量,而且减少镉累积在地上部、地下部以及在叶、茎中的比值。硅处理后细胞壁中的镉占根中镉的比例增加,而镉在共质体和质外体中的比例显著减少。硅处理还使进入根细胞自由空间的镉更多地转化为交换态,使交换态镉与游离态镉的比值升高。这些结果显示,硅通过抑制水稻对镉的吸收和镉的向上运输,而增加镉在细胞壁中的沉积和自由空间中交换态镉的比重等途径缓解镉对水稻的毒害。     

盐胁迫下硒对水稻幼苗吸收镉的影响

本文分别通过水培和土培试验研究了盐胁迫条件下硒(Se)对水稻幼苗吸收镉(Cd)的影响。水培实验结果表明,适当的土壤盐度可以增加Cd从水稻地下部分向地上部分传输的能力,Se的添加能够明显减少水稻对镉的吸收。水培条件下盐、硒共同胁迫作用,Cd从水稻地下部分向地上部分传输的能力能够明显减少。土培实验结果表明,盐胁迫下低浓度硒Se(0.5mg.kg-1)能够增加水稻幼苗吸收Cd的能力。土培条件下盐、硒共同胁迫作用,虽然Cd从水稻地下部分向地上部分传输的能力有一定减少,但不如水培方式明显。盐胁迫下,要降低水稻对土壤镉Cd的吸收,添加Se的最佳浓度为1mg.kg-1。     

钾硅肥施用对水稻吸收铅、镉的影响

为探讨钾硅肥施用对水稻铅、镉吸收及土壤中铅、镉生物有效性的影响,将施肥和重金属钝化修复良好结合在一起提供依据,采用盆栽试验,研究了钾硅肥施用对水稻生物量、钾素积累量、铅/镉含量和土壤中有效态铅/镉含量及其变化的影响。结果表明,钾硅肥施用可以显著提高水稻植株各部位生物量和钾素累积量,与不施钾处理相比,水稻生物量和钾素积累量分别增加了40.4%~47.0%和170.0%~252.0%;钾硅肥的施用显著降低了水稻茎、叶和籽粒中铅和镉的含量,与施用硫酸钾处理相比,水稻茎、叶、籽粒中铅和镉的含量分别降低了23.6%、35.6%、28.7%和15.6%、29.7%、26.8%,且随着钾硅肥用量的增加,水稻地上各部位铅和镉的含量显著降低,但水稻根部重金属含量并无显著差异。土壤中有效态铅、镉经过一季水稻种植后均有不同程度降低,钾硅肥处理和硫酸钾处理土壤有效铅、镉含量并无明显差异。钾硅肥的施用既满足了水稻对钾素的需求,又降低了水稻地上各部位对土壤重金属的吸收。     

不同磷、钾肥对水稻产量和吸收镉的影响研究

采用盆栽试验,研究了在受镉污染的土壤上,不同磷、钾肥品种和用量对水稻秸秆和籽粒产量及对镉(Cd)吸收量的影响.结果表明,水稻产量在淹水条件下,氮、磷、钾肥配合施用比单施磷肥或钾肥都显著增加了水稻产量,但不同磷肥品种和用量对水稻产量的影响不明显,但钾肥的影响则非常显著.其中,KCl处理水稻籽粒和秸秆产量最高,K2SO4处理次之,KNO3处理最低.3个磷肥处理对水稻吸收Cd的影响与磷肥中的NH+4含量呈正相关,即两个含NH+4磷肥((NH4)2HPO4和NH4H2PO4)比含Ca2+磷肥(Ca(H2PO4)2)显著提高水稻对镉的吸收,(NH4)2HPO4比NH4H2PO4处理明显促进水稻对Cd的吸收.3种钾肥中,KNO3和KCl处理水稻对Cd的吸收量最高,但两者差异不明显;而K2SO4处理水稻对Cd的吸收量最低,表现出明显的抑制作用.不同磷、钾肥用量对水稻吸收镉的差异均不明显.研究表明,在受Cd污染的水稻土上,采用抗Cd污染的水稻品种和优化肥、水管理措施,可以使稻米中Cd含量低于国家无公害大米的限量指标(0.2 mg·Cd kg-1).     

海藻糖对镉胁迫下水稻幼苗生长的影响

为了研究海藻糖对水稻镉耐受性的影响,以T705品种水稻为试验材料,采用水培试验研究了镉胁迫下,海藻糖对水稻幼苗镉吸收速率及叶绿素含量影响的动态变化。水稻幼苗茎叶和根系镉含量随着镉处理时间的延长和浓度的提高而增大,但外源海藻糖的施用则有效抑制了水稻镉吸收。经过88.96μmol·L~(-1)镉处理48 h后,水稻幼苗的镉积累量趋于平稳,镉+海藻糖处理的水稻茎叶镉含量相比只有镉处理的减少了42.0%,根系部分则下降了24.2%。水稻幼苗镉吸收速率随着镉浓度的增加而增大,且根系积累量远高于地上部分。水稻幼苗镉含量随着海藻糖处理浓度的增加而减少,镉+海藻糖处理的茎叶和根系的吸收速率分别比只有镉处理的减少了32.44%～41.4%和4.29%～21.56%。此外,海藻糖有效提高了相同镉处理下的钙、镁含量。伴随着镉浓度或者海藻糖浓度的升高,水稻幼苗叶绿素含量逐渐降低,在52.85 mmol·L~(-1)海藻糖处理下,8.89、17.79、44.48μmol·L~(-1)和88.96μmol·L~(-1)镉胁迫后的幼苗叶绿素含量降幅最大,与空白相比分别下降了27.6%、29.9%、36.2%和35.9%。试验结果表明,海藻糖可在一定程度上缓解镉对水稻幼苗的胁迫。     

施用棉秆炭对连作水稻镉吸收的阻控效应

为探寻棉秆炭施用对连作水稻生长及吸收镉的影响,本研究在添加含量为0、1、4、8 mg/kg镉溶液的土壤中施加0%、1.0%、2.5%、5.0%的棉秆生物质炭,待第二年连作水稻收获后,测定水稻生物量和水稻不同器官中的镉含量。结果表明,施用5.0%棉秆炭可以显著降低连作水稻穗的生物量,并显著增加连作水稻根的生物量。施用棉秆炭能够显著降低连作水稻各部位中的镉含量(P0.05),镉在连作水稻各器官中的含量分布规律为:根茎叶糙米稻壳。随土壤中镉浓度的升高,水稻各器官中镉含量增加;在镉污染条件下,随棉秆炭施用量的提高,水稻各器官中镉含量显著降低(P0.05);在4 mg/kg镉污染土壤中施用1.0%～5.0%棉秆炭和在8 mg/kg镉污染土壤中施用2.5%～5.0%棉秆炭,均能有效降低糙米中镉含量(≤0.2 mg/kg)。在镉污染土壤中,施用棉秆炭,连作水稻各器官中根部对镉的吸收量最高,施用棉秆炭抑制了连作水稻地上部分对镉的吸收,对镉由水稻地下部分向地上部分迁移具有阻控作用。     

硅、磷配施对水稻镉吸收转运的影响及其机制

为了探究硅、磷配施对水稻镉吸收、转运的影响及其调控机制,采用水培试验,以沈稻529为研究对象,在镉污染胁迫下,各施入4种浓度梯度的硅、磷处理,培养30 d后,取水稻样品对硅、磷施入后水稻生物量、地上部及地下部镉含量、根茎转移系数以及水稻镉转运相关基因表达进行比较分析。随着硅、磷的配合施入水稻生物量增加,当284 mg·kg^-1浓度的硅与180 mg·kg^-1浓度的磷配合施入时水稻地上部及地下部镉含量、根茎转移系数达到最低。随着硅、磷的施入,水稻OsLCT1和LCD基因表现出基因相对表达量下调的趋势,OsNramp5基因表现出基因相对表达量上调的趋势,且配合施入调控幅度大于单一元素施入调控幅度。硅、磷的施入可以促进镉胁迫下水稻的生长,并通过调控水稻中镉相关基因的表达来实现对水稻中镉吸收、转移的影响。     

水稻根表及其自由空间的铁氧化物对吸收镉的影响

本试验采用水培和琼脂两种培养方式,模拟在不同铁浓度条件下,水稻根表铁氧化物积累或铁胶膜厚度对吸收镉的影响。结果表明,在铁浓度约40 mg·L~(-1)(10~(-5)mol·L~(-1))时,水稻根表累积铁氧化物和所形成的铁胶膜的厚度使水稻地上部分和根中镉的含量均最高。铁浓度下降时,镉含量呈下降趋势。     

镧对镉胁迫下水稻矿质元素吸收与转运的影响

[目的]探究镉胁迫下施加镧对水稻中矿质元素吸收和转运的影响,为缓解水稻镉毒害及降低环境中镉对作物的危害提供有效方法,也为利用稀土元素减轻水稻的镉毒害提供理论依据.[方法]以南方大面积种植的8个水稻品种(湘早籼46、湘晚籼12、早籼788、早籼802、扬稻6、湘早143、中早27、赣晚籼34)为试验材料,采用外源施入0.2 mmol/L氯化镧(LaCl3)的方法[对照(CK)未施LaCl3],对比分析施入镧后不同水稻品种在2μmol/L氯化镉(CaCl2)胁迫下根部和地上部对钙、铁、镁、锌和钾5种矿质元素吸收量、转运系数及矿质元素间相关性的变化.[结果]与CK相比,施入LaCl3可促进多数水稻品种地上部对铁和锌元素的吸收,其中湘早籼46的地上部铁含量升幅最高,较CK显著升高80.12%(P<0.05);施入LaCl3对多数水稻品种根部的钙、铁、锌吸收均起抑制作用,除扬稻6的钙含量、湘晚籼12的铁含量和中早27的锌含量高于CK外,其他品种的钙、铁、锌降幅分别为7.61%~35.84%、7.09%~42.01%和10.23%~55.27%.LaCl3处理提高了水稻根部向地上部转运钙、铁和锌元素的能力,大部分品种对钙、铁和锌元素的转运系数表现为LaCl3处理高于CK.相关分析结果表明,LaCl3处理降低了镉胁迫下水稻体内矿质元素间的相关性.[结论]镉胁迫下施加镧可抑制多数水稻品种幼苗根系对钙、铁和锌元素的吸收,同时促进地上部对铁和锌元素的吸收,提高水稻根系向地上部转运钙、铁和锌元素的能力,并降低镉胁迫下水稻体内矿质元素间的相关性,进而缓解水稻的镉毒害.     

叶面阻隔联合土壤钝化对水稻镉吸收转运的影响

为了探讨叶面阻隔联合钝化对水稻镉吸收转运的影响，实现重金属污染农田稻米安全生产，采用大田试验的方式，选用氨基酸螯合硒营养液肥和活性硅肥作为叶面阻隔剂，硅钙肥和贝壳粉作为土壤钝化剂，在田间共设置7个处理：水稻常规种植（CK），叶面喷施氨基酸螯合硒营养液肥（Se400），叶面喷施活性硅肥（Si1000），叶面喷施氨基酸螯合硒营养液肥的同时分别基施硅钙肥（Se400GG）和贝壳粉（Se400BK），叶面喷施活性硅肥的同时分别基施硅钙肥（Si1000GG）和贝壳粉（Si1000BK）。水稻成熟后对水稻籽粒、颖壳、秸秆、根四部分的镉含量进行检测。结果表明：与对照处理相比，各处理水稻籽粒中镉含量均不同程度降低，且叶面阻隔联合土壤钝化处理的效果更好。Se400GG处理水稻籽粒镉含量下降最明显，降幅为88.13%，水稻籽粒镉含量为（0.18±0.01）mg·kg^-1，低于大米镉限量值0.2 mg·kg^-1（GB 2762—2017）；其次是Si1000GG处理，水稻籽粒镉含量下降了56.77%；单独叶面阻隔的两个处理Si1000和Se400效果较差，水稻籽粒镉含量仅下降了18.28%和9.03%。水稻籽粒镉含量降低的主要原因是水稻各部位的富集系数和转运系数减小，Se400GG和Si1000GG处理水稻根到秸秆的转运系数下降了84.93%和72.60%，水稻籽粒的富集系数下降了87.88%和56.06%，而Se400和Si1000处理水稻根到秸秆的转运系数仅下降46.58%和38.36%，水稻籽粒的富集系数仅下降12.12%和15.91%。可见，叶面阻隔联合钝化技术，尤其是叶面喷施氨基酸螯合硒营养液肥的同时基施硅钙肥能更有效地阻隔水稻对镉的吸收和转运，降低水稻籽粒镉的含量，是值得在镉低污染稻田推广应用的技术。     

硅对镉胁迫下水稻幼苗体内镉分布规律的研究

采用溶液培养,研究不同浓度(0、30、80、130、180mg/L)的SiO2在4.0mg/LCdCl2浓度胁迫下对水稻幼苗体内镉(Cd)的分布规律。结果表明,在Cd胁迫下Si降低了水稻幼苗根、茎、叶、鞘、共质体和质外体Cd含量,其分布规律为:根茎叶茎鞘叶片,呈现出末端分布规律。说明Si促使大量的Cd累积在根中,根是Cd累积的主要部位,而茎、叶中Cd累积量较少。可见,Si可抑制水稻体内Cd由地下部分向地上部分运输,且能抑制地上部分Cd向叶片运输,并能减少Cd进入共质体。     

硅对水稻吸收镉的影响

通过盆栽试验,以水稻土为供试土壤,采用完全因素试验设计方法,研究硅对土壤中外源镉的活性及其对水稻吸收镉的影响。结果表明,外源镉的添加量越大,水稻根、茎叶和糙米中镉含量越大;在外源镉的添加量为2和5 mg.kg-1时,施硅可降低水稻根、茎叶和糙米中的镉含量;随着施硅量的增加,水稻各部位的镉含量呈现降低趋势,且水稻根部和茎叶的镉含量比例上升,糙米的镉含量比例减少;土壤中的可交换态、碳酸盐结合态镉含量呈降低趋势,铁锰氧化物态、有机结合态和残渣态镉含量呈增加趋势。硅降低土壤中镉对水稻毒害的机制之一是硅改变了土壤中镉的形态,降低了镉的活性和生物有效性。     

调理剂及农艺措施对污染稻田中水稻吸收镉的影响

【目的】探究水分管理、调理剂措施和组合措施对污染稻田稻米降Cd效果,旨在探索出不显著降低水稻产量前提下,能更高效降低土壤Cd生物有效性和稻米中Cd含量的方法。【方法】在湖南省株洲市选择中度Cd污染稻田开展田间小区水稻试验。试验中水稻种植两季,早稻品种为中嘉早17,晚稻为泰优390。试验分为6组,分别为水分管理（T2）处理、施用硅肥（T3）处理、施用竹炭处理（T4）、施用硅肥结合水分管理（T5）处理、施用竹炭结合水分管理（T6）处理和1个试验对照（T1）,重复3次。【结果】试验各处理对稻田土壤有效态Cd含量均有降低,竹炭结合水分管理（T6）处理对两季水稻土壤均有显著降低,硅肥结合水分管理（T5）处理对晚稻土壤有效态Cd降低幅度最大。试验各处理对水稻各部位Cd含量均有降低效果,在糙米Cd含量方面,5个试验处理中对糙米Cd含量降低幅度以组合措施修复技术效果最好,即硅肥结合水分管理（T5）和竹炭结合水分管理（T6）处理。在水分管理修复技术(T2)中降Cd效果最高为29.23%;在施用调理剂修复技术中,硅肥处理（T3）和竹炭处理（T4）对稻壳和糙米中Cd含量均有显著降低（P＜0.05）作用,其中硅肥处理（T3）糙米最高降Cd幅度为49.23%,竹炭处理（T4）糙米最高降Cd幅度为47.69%;在组合措施中均能显著降低水稻糙米Cd含量,其中硅肥结合水分管理（T5）处理糙米降Cd幅度为60.34%—78.46%,竹炭结合水分管理（T6）糙米降Cd幅度为56.90%—67.69%。同时,本文对土壤有效态Cd含量与水稻各部位Cd含量相关性进行分析,发现水稻籽粒（稻壳与糙米）中Cd含量与土壤有效态Cd含量存在极显著正相关（P＜0.01）,且两个水稻品种规律一致。各处理对水稻各部位富集系数亦有降低效果,以硅肥结合水分管理（T5）处理和竹炭结合水分管理（T6）效果最好。对于水稻各部位向籽粒转运系数降低效果各部位规律不一致,但茎鞘和叶片两个部位向籽粒（稻壳和糙米）转运系数均显著降低,水分管理（T2）处理除外。在水稻产量方面,仅水分管理（T2）处理对中嘉早17有显著降低,其他处理降低幅度不显著,各处理对泰优390处理没有显著影响。【结论】组合措施优于单一水分管理或单一调理剂处理,且在水稻产量没有显著降低情况下对稻米Cd污染稻田稻米降Cd幅度最高达到78.46%,可以进一步确保Cd污染农田安全利用。     

不同生育期施用硅肥对水稻吸收积累镉硅的影响

为探明硅肥对镉污染稻田降低稻米镉的作用机理,完善稻米镉消减的硅肥施用技术,采用田间试验,研究水稻不同生育期(基肥、分蘖期和孕穗期)施用硅肥对水稻吸收积累镉、硅的影响。结果表明:施用硅肥能够提高土壤0.160~0.290个pH单位,降低镉生物有效性,同时,显著增加土壤有效硅含量,增幅为295.3%~399.2%(P0.05);不同生育期施用硅肥中,基施硅肥能够显著增加9.7%的水稻产量,高于其他处理,基施硅肥显著降低了水稻茎秆、叶片、稻壳和稻米中的镉含量,降幅分别为31.9%(P0.05)、65.8%(P0.05)、46.1%(P0.05)和25.3%(P0.05),施硅降低了镉由茎秆向叶片和稻壳的转运,从而降低了稻米镉的积累,同时显著增加茎秆、叶片和稻壳硅含量,增加幅度分别为44.1%(P0.05)、71.5%(P0.05)和28.8%(P0.05)。综上表明,镉污染稻田基施硅肥能够显著增加水稻产量,降低土壤镉生物有效性,阻止镉的迁移转运,减少稻米镉积累,是镉污染稻田修复中推荐的硅肥施用技术。     

钾硅钙微孔矿物肥对稻田土壤及稻谷镉污染的阻控效果

以晚稻杂交品种"威优644"为供试水稻,采用田间试验研究了钾硅钙微孔矿物肥对重金属镉污染稻田土壤及稻谷中镉含量的阻控效果。结果表明:施用钾硅钙微孔矿物肥可改善水稻植株的经济性状,使水稻增产6.9%~13.6%;同时,可抑制土壤镉的生物有效性,可使土壤有效镉降低7.9%~26.3%,从而使稻谷中镉含量降低37.8%~42.4%。综合试验结果,建议钾硅钙微孔矿物肥的施用量为50~75 kg/667m~2。     

氮肥与硅肥配施对杂交稻冈优725干物质和镉积累的影响

以杂交籼稻冈优725为材料,设置不同施氮量(0、90、180 kg/hm~2)和施硅量(0、150、300 kg/hm~2),研究氮硅配施对冈优725干物质积累和镉吸收的影响。结果表明:各施氮水平下,施硅均能够显著促进水稻根系干物质的积累和地上部氮的积累,施氮量为0、90 kg/hm~2时,施硅均能够显著促进地上部干物质的积累;施氮量相同的条件下,与不施硅相比,施硅量为150 kg/hm~2处理可显著增加有效穗数,显著降低水稻千粒质量;施氮为0时,与不施硅相比,施硅可显著增加每穗粒数;各施氮水平下,水稻产量均随施硅量的增加而提高,但在施氮量为180 kg/hm~2时,施硅的增产效果不明显;各施氮水平下,施硅能显著降低根、茎、穗、精米中镉的含量及地上部镉的积累量,但叶片中镉含量升高,施氮量为180 kg/hm~2时,施硅量为150 kg/hm~2和300 kg/hm~2处理精米中镉的含量差异不明显。综合本研究结果,施氮量180 kg/hm~2+施硅量150 kg/hm~2对冈优725的增产降镉的效果较好。     

硅对水稻生长的影响及其缓解镉毒害机理研究进展

为研发高效硅肥和防治农田镉污染提供借鉴资料，本文综述了施加硅肥对水稻生长发育的影响，包括提高水稻产量和品质，增强抗倒伏、抗病虫害及干旱等逆境的能力，尤其是增强抗镉毒害等能力。并从生理学机制和土壤学机制两方面重点分析阐述了施加硅肥对缓解镉毒害作用的可能机理。生理学机制方面，硅通过参与水稻的生理代谢活动，使水稻抗氧化系统酶的活性和清除自由基的能力增强;抑制镉的吸收及其在水稻体内的运输;硅与镉在水稻体内的螯合和区隔作用. 土壤学机制方面，硅肥改变土壤理化性质，降低土壤中有效态镉的含量；硅镉吸附沉淀作用，减少水稻对镉吸收。最后针对硅肥的开发利用及技术推广提出展望。     

水稻土镉污染与水稻镉含量相关性研究

采用盆栽试验的方法,考察了水稻土中重金属镉(Cd)的浓度对水稻生长及Cd富集的影响以及Cd在水稻植株的分布情况,并进一步研究了糙米(可食部位)对Cd的富集量与土壤中Cd总量的关系.结果表明,在各个浓度Cd胁迫下,根、茎叶、稻壳、糙米相比,2个品种水稻都是根累积的Cd含量要高于茎叶和稻壳、糙米,即根>茎叶>稻壳>糙米;在水稻的茎叶细胞中,Cd主要分布在细胞壁,细胞可溶性成分,细胞器Cd的分布量较少,即细胞壁>可溶性部分>细胞器及膜部分;随Cd浓度增加,茎叶中的Cd积累量极显著增加,各细胞组分中的Cd含量均显著增加;根据国标GB 2762-2005对大米中Cd的限最标准(≤0.2 mg·kg~(-1)),水稻土土壤总Cd临界值分别为2.0mg·kg~(-1)(博优225)、3.1 mg·kg~(-1)(矮糯).因此,在污染土壤上宜选种食用部位重金属积累低的水稻品种,以减少人类吸收重金属的风险.