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。     

根表铁氧化物和缺铁根分泌物对水稻吸收镉的影响

在人工光照植物培养室中采用营养液培养方法,研究了不同镉浓度条件下,水稻根表沉积的铁氧化物及缺铁根分泌物对水稻吸收镉的影响。结果表明：（１）水稻根只的铁氧化物对其生长介质的镉有富集作用,并在一定程度上能促进水稻对镉的吸收。水稻生长的铁营养状况不同,则地上部镉含量不同,地上部镉含量达到最大峰值时根表铁氧化物的数量也不同。（２）当根表铁氧化物数量一定时,随着营养液中镉浓度的增大（镉的处理浓度为０、０．０     

水稻不同生育期对硒吸收累积及铁膜的吸附特性

采用盆栽试验方法,研究不同生育期水稻各部位对硒的吸收累积及根表铁膜对水稻吸收积累硒的影响机制。结果表明:水稻营养器官生物量在拔节期积累最快,不同时期营养器官中硒含量不同,根中的硒在拔节期达到最大,根和茎中的硒在灌浆期和成熟期被转运至其他部位。水稻各组织中约50%的硒在拔节期和孕穗期被吸收,小穗吸收总硒的47.22%且是在孕穗期完成的,说明这两个时期对于水稻硒吸收累积非常关键。铁膜中硒占总硒的比例在幼苗期高达73.63%,是同时期茎中硒所占比例的4.87倍。随着生育期的推进,铁膜中硒所占比例显著递减,在成熟期降低至20.02%,同时期茎中硒占总硒的比例为65.42%。这表明,根表铁膜在水稻整个生长周期内通过吸附作用使其表面能够富集一定量的硒,在水稻生育后期,当土壤溶液中硒含量较少时,根表铁膜可能会作为一个硒源,吸附在根表铁膜中的硒重新被水稻所利用,铁膜在水稻硒吸收转运的过程中扮演了"缓冲器"的角色。明确不同生育期根表铁膜对水稻硒累积特性,在生产管理中可在不同生育期采取措施提高稻田硒生物有效性,从而为进一步提高农产品中硒含量提供科学依据。     

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。     

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。     

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。     

水分状况和铁,锰肥对水稻根表铁,锰氧化物胶膜厚度的影响

采用４００目尼龙娟网制作的网袋进行土－砂联合培养的盆栽试验,研究了不同水分处理和铁、锰肥用量对水稻根表铁、锰氧化物胶膜厚度及水稻铁、锰营养的影响,结果表明,水分状况是影响水稻根表铁、锰胶膜厚度的重要因素,长期淹水条件下水稻根表形成的铁、锰胶膜较厚,而干－湿交替和湿润处理形成的铁、锰胶胶较薄;施用铁、锰肥力明显增加根表铁、锰胶膜厚度。试验还表明水稻根表铁、锰胶膜以铁胶膜为主,即使在含锰丰富土壤上施用     

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。     

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.     

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。     

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。     

水稻根长增长和养分吸收动态及其模拟模型

采用溶液培养和田间试验研究水稻根长增长和氮磷钾吸收动态。在改进蔬菜根长和养分吸收动态模型基础上,建立了适用于一个生长周期的水稻根长增长模型、单位根表面积氮磷钾吸收速率模型及其累积吸收动态模型。6个根长增长模型和18个根表氮磷钾吸收速率模型以及36个氮磷钾吸收动态模型的模拟效果达统计显著水平。结果表明,随着种植时间的推移,水稻根长增长和氮磷钾累积吸收量在整个生育期呈现S型特征;根表养分吸收速率在生长前期随种植时间迅速提高并达到最大值,过后则按指数规律下降。溶液培养试验看出,生育期120 d水稻最大根长增长速率和最大根长分别为播种后（68.85.4）d和（108.43.9）d,品种间差异很小;最大根长增长速率和根长则为（4531.51529.4）cm/( pot?d)和 (2.8931 0.6237)105 cm/pot,品种间差异较大。田间试验看出,不同施肥处理的氮磷钾吸收速率基本同步,早晚稻插秧后约50~60 d根系养分吸收能力达到峰值,临近成熟时养分吸收量达到高峰。研究结果为水稻中后期养分管理提供了科学依据。     

低铁胁迫对玉米苗期根系生长和铁素吸收利用的影响

为了揭示不同耐低铁玉米品种苗期根系生长和铁素吸收利用的差异,为玉米耐低铁能力的遗传改良提供依据,以耐低铁玉米品种‘正红2号’和不耐低铁玉米品种‘川单418’为材料,采用重度[10μmol(Fe~(3+))·L~(-1)]、中度[30μmol(Fe~(3+))·L~(-1)]和轻度[50μmol(Fe~(3+))·L~(-1)]3种低铁胁迫及对照[100μmol(Fe~(3+))·L~(-1)]的铁营养液处理3叶1心玉米幼苗,分析低铁胁迫对不同耐低铁玉米品种苗期根系生长和铁素吸收利用的影响。结果表明,随着营养液铁浓度降低,两个玉米品种幼苗的根长、根体积、根系活力、干物质、铁含量、铁积累量、相对吸铁能力均显著降低,但根系麦根酸分泌量增多,铁素向地上部转移分配能力增强,铁素的生理效率提高,这是玉米适应低铁胁迫的重要生理机制之一。玉米幼苗的铁素积累量与根长、根体积、根干重、根系活力等根系性状均呈极显著或显著正相关。耐低铁玉米品种在中度和重度低铁胁迫下根长、根体积、根干重、根系活力均较不耐低铁玉米品种高,是其铁素吸收积累量高的重要原因。根系麦根酸分泌量与铁素茎叶分配率呈正相关,铁素茎叶分配率与铁素生理效率呈极显著正相关,增加根系麦根酸的分泌量可在一定程度上提高玉米铁素的茎叶分配率,从而提高铁素生理效率;耐低铁玉米品种在中度和重度低铁胁迫下麦根酸分泌量增幅高于不耐低铁玉米品种,是其铁素生理效率高的主要原因。