植物根表铁,锰氧化物胶膜及其在植物营养中的作用

在渍水土壤中，由于嫌气条件下存在有许多Ｆｅ＾２＋、Ｍｎ＾２＋，长期适应这种环境的植物具有氧化根际的能力，从而在其根表淀积形成铁、锰氧化物胶膜。研究表明，这些包被在根表的铁、锰氧化物胶膜在适应淹水条件、养分吸收及重金属离子进入植物体过程中起着重要作用，具有重要生态意义。本文综述了近年来国际上这方面的研究进展。     

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。     

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根表铁膜数量显著高于培杂泰丰,其铁吸收是培杂泰丰的115%～138%。两种铁形态处理明显提高水稻的根系活力,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。     

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。     

移栽灵对不同土壤上水稻旱育秧生长及铁,锰营养的影响

采用一种缺锰土壤,二种缺铁土壤和一种铁,锰丰富的土壤进行盆栽试验研究了移栽灵混剂对水稻旱育秧苗生长及铁,锰营养的影响,结果表明,在铁,锰供应充足土壤上,移栽灵轻度抑制时秧生长,缺锰和轻度缺铁土壤上移栽灵增加旱秧分蘖并促进生长;但在严重缺铁土壤上则无明显效果。移栽灵防治旱秧铁,锰缺乏和促进旱秧生长的效果均不如传统单 育秧技术中硫黄调酸处理。植株分析发现仅在缺锰土壤上移栽灵增加了旱秧铁,锰吸收量,其余     

几种微量元素大量施用对水稻生长和产量的影响

在严重缺锰土壤上进行旱育秧培育供试植株,在分蘖末期淹水处理使水稻秧苗缺锰症基本消失后施入３水平用量较大的铁,锰,硼,铜,钼５种微量元素肥料,观察铁,锰,硼,铜钼大量施用时水稻生长和产量的影响。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

水稻锰毒与铁素营养关系的研究

通过水培试验，研究了水稻锰毒与铁素营养关系，并探讨了过量锰对一些生理指标的影响。试验结果表明：地上部是生长介质中过量锰对水稻危害的主要部位；过量的锰增加铁在水稻根系的沉积，减少铁的吸收，改变体内铁的分布，降低铁的活性，诱发水稻缺铁胁迫；过量锰缺铁胁迫的水稻正常代谢受阻，叶片叶绿素、蛋白质含量减少，过氧化氢酶活性降低，而过氧化物酶活性增加     

干湿交替对作物根际特征及铁膜形成的影响研究进展

铁膜普遍存在于水生植物的根系表面,根际周围Fe~(2+)的浓度和根系氧化力决定了根表铁膜的数量。干湿交替是农业生产中常用的灌溉技术。在干湿交替过程中,水分和氧气含量的变化导致根际土壤发生一系列物理、化学和生物学变化,从而对根表铁膜的形成产生影响。本文综述了干湿交替过程对根际特征变化的影响,分析了根表铁膜的形成条件、化学组成与空间结构和根表铁膜的形成过程,并在此基础上探讨了干湿交替对铁膜形成的影响以及干湿交替诱导铁膜形成的可能机制。最后对干湿交替诱导铁膜形成的研究方法与应用前景进行了展望。     

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。     

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     

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。     

硅铁施用对水稻生长及磷吸收的影响

为探讨硅铁施用对水稻生长和磷吸收的影响,指导合理施肥、提高磷素利用率,利用水培试验研究了不同浓度铁(0、0.5、1、2 mmol·L~(-1))预处理下施加不同浓度硅(0、1、4 mmol·L~(-1))对水稻生长及磷吸收的影响。结果表明,低浓度的铁预处理对水稻SPAD、株高、根长和地上部干质量无显著影响,而高浓度的铁预处理下,这些指标则显著降低(P0.05)。中低浓度铁处理下施硅在一定程度上增加了水稻株高、根长和地上部干质量,但未达到显著水平(P0.05)。铁预处理显著增加了水稻根表铁膜的厚度及根表铁膜中的磷含量(P0.05),施硅则显著降低了0.5 mmol·L~(-1)和1 mmol·L~(-1)铁预处理的水稻根表铁膜的厚度(P0.05)。铁预处理对水稻根部的磷含量无显著影响,但显著降低了地上部磷的含量(P0.05)。施硅对水稻根和地上部的磷含量无显著影响。研究表明,施铁处理显著诱导了根表铁膜的出现,增加了铁膜中的磷含量并且显著降低了地上部的磷含量;施硅在一定程度上缓解了水稻生长中的铁毒害现象,并且能够改变根表铁膜厚度,减少根冠比,从而影响水稻磷的吸收转运。     

农业生产中的铁锰平衡问题

本文根据对菠萝和水稻的研究,论述了土壤和植物体内铁与锰的关系,认为在植物体内铁与锰的比例应保持一个平衡的关系。如果锰多铁少、比例失调,作物的正常生长将受到危害。     

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。     

铅污染土壤中根表铁膜对宽叶香蒲利用磷的影响

为研究铅污染土壤中根表铁膜对宽叶香蒲（Typha latifolia L.）磷利用效率的影响,利用根袋培养方法在两个Fe2+水平（20、100 mg/L）下诱导根表形成铁膜的宽叶香蒲移栽于土壤中,经4个Pb2+浓度（0、100、500、1000 mg/kg）处理后淹水培养4周,分析根表铁膜和植物体内磷含量。结果表明,地上部生物量随着铅污染强度的增加呈降低趋势但差异不显著（P0.05）;低铁（20 mg/L）诱导处理的地上部和地下部生物量分别比相应高铁（100 mg/L）诱导的高3.5%～19.6%和7.6%～39.8%,且铁对地上部生物量的影响达到极显著差异（P0.01）。根表铁膜量随铅污染程度的增加而下降;高铁诱导处理宽叶香蒲的新根形成的铁膜量以及其吸附的磷均高于低铁诱导处理的植株。除1000 mg/kg铅处理外,低铁诱导后植株中磷的含量均比高铁诱导的植株高。本试验条件下,铅污染土壤中植物利用磷为低铁膜量大于高铁膜量。