一种定量测定水稻根系氧化力的新方法

根系氧化力大小与根表铁膜数量密切相关,铁膜以Fe3+ 形态为主。本文根据水稻根表铁膜数量,探讨了一种测定水稻根系氧化力的新方法。首先,在水稻根系所在溶液中加入定量硫酸亚铁(Fe2+),处理1天后,水稻根系将一部分Fe2+ 氧化成Fe3+,剩余Fe2+ 用H2O2滴定,得滴定值A。然后,用H2O2滴定没有种植水稻的硫酸亚铁溶液,得滴定值B。根据不种植与种植水稻H2O2的消耗量,滴定值之差(B-A),即为水稻根系氧化力。该方法要求Fe2+ 浓度大于0.8 mmol/L,过氧化氢消耗量与Fe2+ 浓度成正比(R2 = 0.999 2)。测定过程中,应先加显色剂邻菲罗啉,然后加入磷酸。该方法在不损伤水稻根系情况下可定量测定水稻根系氧化力。     

水稻根表铁氧化物胶膜对水稻吸收磷的影响

本文采用营养液培养方法研究了根表铁氧化物胶膜对水稻吸收磷的影响。结果表明，水稻报表的铁氧化物胶膜随营养液中Fe2+浓度的增加而增加。铁氧化物胶膜可富集生长介质中的磷，根表铁膜数量越多，富集的磷量也越多。根表铁股可促进水稻对磷的吸收，但这种促进作用的大小依赖于根表铁膜数量。根表铁膜数量为24570mp／kg时，促进作用达到最大，此后随着铁膜数量的增加，水稻吸收磷的数量下降，但仍高于根表没有铁膜的水稻。因此，水稻根表形成的铁氧化物胶膜在一定程度上是一个磷富集库，对水稻吸收磷起促进作用。在此过程中，缺铁条件下水稻根分泌物中的植物铁载体对淀积铁氧化物胶膜的水稻根系吸收磷没有明显的作用。     

镉处理根表铁膜对水稻吸收镉锰铜锌的影响

本试验利用营养液和土壤培养系统,研究不同Fe、 Cd处理下根表铁膜对水稻吸收Cd、 Mn、 Cu、 Zn的影响。土壤中Fe的水平为0、 1、 2 g/kg Fe（以FeSO47H2O的形式供应）,Cd 的水平为0、 2、 10 mg/kg Cd（以3CdSO48H2O的形式供应）。营养液中Fe和Cd的水平分别为0、 10、 30、 50、 80、 100 mg/L Fe 和 0、 0.1、 1.0 mg/L Cd。收获后测定水稻根表、 根中和地上部Cd、 Fe、 Mn、 Cu、 Zn 含量。试验结果表明,两种培养方式下,随着介质中Fe浓度的增加,水稻根表铁膜（DCB-Fe）逐渐增多。土壤培养方式下,根表铁膜中Cd 和 Mn 含量随铁膜量增加而略有增加,所有元素含量均表现为根中大于铁膜中。营养液培养条件下,根表铁膜中Mn和Cu含量在高量 Fe 供应时有所增加, Mn、 Cu、 Zn表现为铁膜中大于根中。根表铁膜中Zn含量在两种培养方式下均未呈现一定规律性变化。根中和地上部 Cd、 Mn、 Cu、 Zn 含量一般都随介质中Fe浓度的增加而下降,Cu和Zn含量在加Cd处理中下降。以上结果证明,铁膜对Cd 的吸附阻挡能力有限,对Mn、 Cu、 Zn 的吸附作用因培养方式和元素种类不同而有所差异,植株体内微量元素含量的下降主要与它们之间的相互抑制作用有关。     

硒(Ⅳ)预处理下根表铁膜对水稻幼苗吸收和转运汞的影响

采用水培试验的方法研究硒(Se,Ⅳ)预处理下,根表铁膜对水稻幼苗吸收和转运汞(Hg)的影响。将水稻幼苗置于Se0和Se0.5(mg L-1)培养液中培养2周,再用4种不同浓度的Fe2+溶液(0、25、50和100 mg L-1即Fe0、Fe25、Fe50、Fe100)诱导水稻根表形成不同数量的铁膜,随后置于0.3 mg L-1的Hg Cl2培养液中继续培养72 h。结果表明,根表铁膜对水稻幼苗生长无显著影响,但硒可以增加其生物量。碳酸氢钠―柠檬酸三钠―连二亚硫酸钠(DCB)提取液(即根表铁膜)中含铁比例(57.3%~96.2%)显著高于水稻幼苗地上部(1.1%~17.5%)和根部(2.7%~25.9%),水稻幼苗的大部分铁被积累至DCB提取液中。随着根表铁膜数量的增加,根和地上部汞含量均显著降低。在Fe50和Fe100处理中,硒的加入显著减少了地上部和根部的汞含量,也显著降低了汞的分配系数,Se(Ⅳ)预处理能明显提高铁膜固持汞的量。综上所述,Se(Ⅳ)预处理和根表铁膜均能阻碍水稻幼苗对汞的吸收和向地上部的转运,减轻水稻汞胁迫,从而起到保护水稻避免汞毒害的作用。本研究对于提高汞污染区稻米质量和保证粮食安全具有一定的现实意义。     

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24h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。     

鄱阳湖湿地植物根表铁膜形成的影响因素分析

湿地植物为了适应渍水环境,形成了大量的通气组织,植物可以通过通气组织将氧气输送到根系,从而将Fe2+氧化成铁的氧化物或氢氧化物沉积在植物的根表,形成铁膜。淹水土壤中植物根表形成铁膜必须具备两个条件,一是植物根际处于局部氧化状态,二是生长介质中存在大量的Fe2+。通过溶液培养和土-砂联合培养法,研究了Fe2+浓度、植物种类、诱导时间、p H值、水位变化、根系分泌物对根表铁膜形成的影响。结果表明:苔草和虉草根表铁膜的含量随Fe2+浓度的增加而增加,随诱导时间的延长呈上升的趋势,根系分泌物浓度与铁膜的量呈负相关,随水位的增加呈现先升高后降低的趋势,在水位2~3 cm,p H为5.5~6时根表铁膜的生成量达到最大值。     

铁膜对水稻根表面电化学性质和氮磷钾短期吸收的影响

通过水培试验研究了水稻根表铁膜对根表电化学性质、根表对NH4+、K+和磷酸根吸附和吸收的影响。结果表明,铁膜降低根表阳离子交换量,使根表zeta电位绝对值减小,说明根表负电荷数量减少。与对照相比,铁膜抑制了水稻根表对NH4+和K+的吸附,但促进了其对磷酸根的吸附。6 h培养实验结果表明,铁膜使水稻对NH4+、K+、H2PO4-的吸收速率分别降低了21.1%、42.7%、59.1%。因此,作为物理、化学屏障或者临时储存库,铁膜抑制了水稻对大量营养元素的短期吸收。     

不同土壤的还原状况对铁镉形态转化和水稻吸收的影响

采用土壤-蛭石联合培养,以填充蛭石的网袋模拟根际,置于红壤、水稻土、盐土中后淹水栽培水稻13 d.试验结果表明,水稻栽培期问,红壤、水稻土、盐土pH变化范围分别为6.05 ～6.78、6.47 ～7.33、6.42 ～7.44;有机质处理下,除红壤根际pH明显升高外,其余土壤根际和非根际pH均有所下降.各土壤对照根际Eh保持在233 ～ 385 mV;有机质处理使根际Eh下降,同时也导致除盐土外的非根际Eh上升.土壤还原溶解Fe与蛭石吸附Fe的90％以上均米自铁锰氧化物结合态铁(Oxide-Fe)组分,与溶液Eh、pe+ pH均有显著相关性,表明两表面同为Fe的氧化还原反应,但方向相反.水稻根表Fe膜的形成与根际氧化还原状况有关,在对照根际(高Eh)环境下,根表Fe含量随pH升高而降低,在有机质处理根际(低Eh)环境下则随pH升高而升高;在红壤中,根表Fe膜阻碍Fe的吸收,在水稻土和盐土中,根表Fe膜促进Fe吸收.根表Cd含量与根内Cd、地上部Cd有显著正相关;在红壤中,根表Fe膜阻碍了水稻Cd的吸附和吸收;水稻土和盐土中,根表Fe膜促进了水稻Cd的吸附和吸收.     

根表铁膜对水稻吸收污灌土壤中的锌的影响

采用土-石英砂联合培养的盆栽试验，研究两个不同基因型的水稻根表铁膜的形成情况及其对水稻吸收污灌土中的锌的影响。结果表明，两基因型水稻在不同不分条件下根表铁膜的形成情况不同：淹水条件下形成的铁膜数量最多，高于湿润和干-湿交替，后二者之间差异不明显。不同基因型水稻（金优22与90-68-2）根表铁膜的形成趋势一致，只是数量稍有差异；不同基因型秸秆及籽粒中锌的含量存在差异，不同铁处理的根表铁膜数量、地上部锌含量均不同。     

缺磷对不同作物根系形态及体内养分含量浓度的影响

采用营养液培养方法,以水稻、 小麦、 玉米和大豆为试验材料,研究了短期缺磷（2周）诱导根表沉积铁氧化物是否为水稻特有的性质,以及缺磷对不同作物根系形态及其吸收钾、 钙、 铁、 锰、 铜、 锌营养元素的影响。结果表明,供磷和缺磷处理并没有影响小麦、 玉米和大豆3种作物根系的颜色,而缺磷处理水稻根表沉积了铁氧化物而呈红（黄）棕色,且铁氧化物不均匀地富集在根细胞壁的孔隙中; 缺磷促进了水稻,小麦,玉米和大豆根系的生长,分别比供磷处理伸长了11%、 11%、 20%和11%（P0.05）。此外,缺磷胁迫下水稻根表铁氧化物增强了钙、 铁、 锰、 铜和锌在根表的富集而成为其进入根系的缓冲层。缺磷处理水稻根中铁浓度明显高于供磷处理（P0.05）,而地上部铁的浓度仅为磷营养正常水稻植株的18%,这说明缺磷诱导的铁氧化物促进了根系对铁的吸收但抑制了铁由根系向地上部的转运。短期缺磷对其他养分在水稻根中和地上部的浓度没有明显影响。对于其他 3 种作物,短期缺磷没有明显影响钾、 钙、 铁、 锰、 铜和锌在其根表富集及在植物体内的浓度。因此,在供试的4 种作物中,由于磷胁迫诱导根表形成铁氧化物是水稻特有的性质,铁氧化物的沉积可促进铁的吸收但抑制了铁向地上部的转运,而短期缺磷并没有影响其他3种作物对钾、 钙、 铁、 锰、 铜和锌养分的吸收和转运。     

硅缓解水稻根系铁毒害

Silicon (Si) can enhance the resistance of plants to many abiotic stresses. To explore whether Si ameliorates Fe2+ toxicity, a hydroponic experiment was performed to investigate whether and how Si detoxifies Fe2+ toxicity in rice (Oryza sativa L.) roots. Results indicated that rice cultivar Tianyou 998 (TY998) showed greater sensitivity to Fe2+ toxicity than rice cultivar Peizataifeng (PZTF). Treatment with 0.1 mmol L-1 Fe2+ inhibited TY998 root elongation and root biomass significantly. Reddish iron plaque was formed on root surface of both cultivars. TY998 had a higher amount of iron plaque than PZTF. Addition of Si to the solution of Fe treatment decreased the amount of iron plaque on root surface by 17.6% to 37.1% and iron uptake in rice roots by 37.0% to 40.3%, and subsequently restored root elongation triggered by Fe2+ toxicity by 13.5% in the TY998. Compared with Fe treatment, the addition of 1 mmol L-1 Si to the solution of Fe treatment increased xylem sap flow by 19.3% to 24.8% and root-shoot Fe transportation by 45.0% to 78.6%. Furthermore, Si addition to the solution of Fe treatment induced root cell wall to thicken. These results suggested that Si could detoxify Fe2+ toxicity and Si-mediated amelioration of Fe2+ toxicity in rice roots was associated with less iron plaque on root surface and more Fe transportation from roots to shoots.     

缺铁水稻根表铁膜对硒的转运和吸收的影响

Under anaerobic conditions, ferric hydroxide deposits on the surface of rice roots and affects uptake and translocation of certain nutrients. In the present study, rice plants were cultured in Fe-deficient or sufficient solutions and placed in a medium containing selenium （Se） for 2 h. Then, FeSO4 was added at the various concentrations of 0, 10, 40, or 70 mg L-1 to induce varying levels of iron plaque on the root surfaces and subsequent uptake of Se was monitored. The uptake of Se was inhibited by the iron plaque, with the effect proportional to the amount of plaque induced. The activity of cysteine synthase was decreased with increasing amounts of iron plaque on the roots. This may be the important reason for iron plaque inhibition of Se translocation. At each level of iron plaque, Fe-deficient rice had more Se than Fe-sufficient rice. Furthermore, with plaque induced by 20 mg Fe L-1, plants from Fe-deficient media accumulated more Se than those from Fe-sufficient media, as the Se concentration was increased from 10 to 30 or 50 mg L^-1. We found that phytosiderophores, highly effective iron chelating agents, could desorb selenite from ferrihydrite. Root exudates of the Fe-deficient rice, especially phytosiderophores in the exudates, could enhance Se uptake by rice plants with iron plaque.     

植物-生物膜氧化沟中不同形态铁及根表铁膜与除磷的关系

针对传统氧化沟投资建造成本高,脱氮除磷效率较差的问题,在污染现场建设植物-生物膜氧化沟,通过室内曝气模拟试验和室外小试试验,研究了总磷(total phosphorus,TP)的去除与铁和曝气时间的关系以及美人蕉、茭白根表铁氧化物胶膜对污水中磷的吸附去除情况,了解不同形态铁和植物根表铁膜与除磷的关系。研究结果表明:不同形态铁及植物根表铁膜与污水中磷的去除密切相关。随着曝气时间的延长,污水中铁减少量呈现出逐级递增的趋势,当曝气时间为12 h时,铁减少量达到0.45 mg/L以上,铁减少量与曝气时间之间的相关性达到极显著水平(P0.01),而TP的减少量与铁减少量之间也呈现极显著的相关性(P0.01)。小试试验中,3个系统出水磷含量及全Fe、Fe2+含量均有所降低,降低量表现出茭白系统美人蕉系统对照系统的规律;同时,美人蕉、茭白根表铁氧化物的沉积量随运行时间的延长而增加,且茭白根表铁膜数量及其吸附磷的数量均要高于美人蕉。该研究为植物-生物膜氧化沟工艺的改进及应用和推广提供了理论和实践依据。     

Uptake and Accumulation Characteristics of Arsenic and Iron Plaque in Rice at Different Growth Stages

Arsenic (As) uptake by rice plants and its toxicity to human beings have caused worldwide concerns. Investigating the characteristics of As accumulation in rice in relation to root surface iron plaque during the whole growth of rice would provide important information for devising measures to mitigate rice As uptake in As-polluted areas. Uptake and accumulation characteristics of As in rice at different growth stages as well as iron plaque on rice root surfaces were investigated in a pot culture experiment in a greenhouse. The results showed that As concentrations in roots, stems, and leaves increased with rice growth, while As concentration in spikelets decreased with grain development: 53.63% of As content in leaves, 61.51% in spikelets, and 82.09% in stems were found at both the jointing and booting stages, which suggested that the two stages were the key stages of As uptake. Root surface iron plaque at different growth stages was extracted by DCB (dithionite-citrate-bicarbonate). DCB-extractable iron (Fe) and DCB-extractable As were significantly increased with rice growth (P < 0.001), and there was a significant positive correlation between DCB-extractable Fe and As (P < 0.001), indicating that iron plaque was very important to sequester As on rice root surfaces.