摘要: 镉(Cd)是农田土壤中主要的污染物质。随着工业的发展，Cd污染日趋严重，对农业生产和人类健康构成严重的威胁。本研究以水稻不同品种为材料，研究Cd对水稻产量和品质的影响及其生理机制，探讨通过灌溉和施肥等农艺措施减轻Cd对水稻危害的技术途径，为... 展开 镉(Cd)是农田土壤中主要的污染物质。随着工业的发展，Cd污染日趋严重，对农业生产和人类健康构成严重的威胁。本研究以水稻不同品种为材料，研究Cd对水稻产量和品质的影响及其生理机制，探讨通过灌溉和施肥等农艺措施减轻Cd对水稻危害的技术途径，为水稻优质安全生产提供理论依据和实践指导。主要结果如下：1、Cd对水稻产量和品质的影响当土壤Cd浓度为60或90mgkg-1时，扬稻6号和扬粳9538的产量与对照(土壤未加Cd处理)无显著差异。这两品种在Cd浓度为120或180mgkg-1以及武运粳7号在Cd浓度为60或120mgkg-1条件下产量均较对照显著降低。在Cd胁迫下产量降低的原因主要在于穗数或每穗颖花数的减少，Cd对结实率和千粒重无显著影响。Cd对稻米加工品质、外观品质、蒸煮品质以及蛋白质含量无显著影响。随土壤Cd浓度的增加，稻米醇溶蛋白含量增加，清蛋白和球蛋白含量则降低。当土壤Cd浓度为60和90mgkg-1时，稻米淀粉谱的最高粘度、热浆粘度、最终粘度、崩解值和消减值与对照无显著差异；当土壤Cd浓度为120和180mgkg-1时，稻米淀粉谱的最高粘度和崩解值显著降低，热浆粘度、最终粘度和消减值显著增加。在相同土壤Cd浓度下，同一器官的Cd浓度在品种间无显著差异，但扬稻6号Cd累积量高于扬粳9538。表明Cd对水稻产量的影响以及Cd在稻株的累积量在品种间存在差异，高浓度Cd可降低稻米的营养品质和食味性。2、水稻对Cd胁迫的生理响应Cd胁迫增加了根系和叶片自由基含量；诱导超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)同工酶小分子量的特异表达；增加了水稻根系分泌物含量；降低了水稻DNA和蛋白质含量；水稻可溶性蛋白质一维电泳和二维电泳分析结果表明，Cd胁迫后水稻可溶性蛋白质表达发生改变。Cd诱导了水稻幼苗根系10个蛋白质点和叶片8个蛋白质点的表达，抑制了根系4个蛋白质点和叶片8个蛋白质点的表达。3、水稻耐Cd性不同品种一些农艺与生理性状Cd处理后，耐Cd基因型(汕优63和扬粳9538)籽粒产量较CK(土壤中未加Cd)降低了6．2％～8．9％，Cd敏感基因型(扬稻6号和武运粳7号)产量较对照降低38．3％～47．1％。Cd处理后每盆穗数和每穗颖花数减少是减产的主要原因，结实率和千粒重在Cd处理与CK间无显著差异。Cd处理显著抑制了Cd敏感基因型的分蘖发生，导致整个生育期干物质积累的显著下降。Cd处理对物质运转率和收获指数无显著影响。在Cd胁迫下，分蘖至拔节期Cd敏感基因型的根系活力、叶片光合速率、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性明显低于耐Cd基因型，叶片超氧自由基和过氧化氢含量、乙烯释放速率及根系伤流液中1-氨基环丙烷1-羧酸浓度则显著高于耐Cd基因型。抽穗以后Cd对上述生理指标以及整个生育时期叶片脱落酸含量无显著影响。说明Cd对水稻生长发育的影响主要在生育前期(分蘖至拔节期)，此期分蘖发生多、根系活力和叶片抗氧化保护系统能力强及乙烯合成少是耐Cd基因型水稻的主要农艺和生理特征。4、结实期灌溉方式对水稻品质和不同器官Cd浓度与分配的影响在土壤Cd污染条件下，与水层灌溉(WW)相比，结实期轻干一湿交替灌溉(MD)可以增加产量和改善稻米的加工与外观品质，结实期重干-湿交替灌溉(SD)则降低产量和品质。MD和SD均可增加Cd在根的浓度和分配比例，降低Cd在茎叶的浓度和分配比例；MD对籽粒和精米中的Cd浓度无明显影响，但可显著降低Cd在籽粒中的分配比例，SD则增加了籽粒和精米的Cd浓度。在MD条件下，根系活力增强和叶片气孔导度降低(即蒸腾强度小)是根系Cd浓度大、茎叶Cd浓度小以及籽粒Cd分配比例低的重要原因；而在SD条件下，根系和籽粒Cd浓度大、茎叶Cd浓度小与气孔导度显著降低和茎叶Cd表观输出率大幅度增加有密切关系。5、全生育期干湿交替灌溉对水稻产量和品质及Cd积累的影响与保持水层(WW)相比，全生育期轻干湿交替灌溉(MD)提高了根系氧化力和光合速率，使产量增加了8．6-10％，改善了加工品质和外观品质，全生育期重干湿交替灌溉(SD)的结果则相反。MD和SD均降低了叶片蒸腾速率，SD尤为明显。MD和SD显著增加了根系中Cd的浓度，降低了稻草中Cd的浓度。MD使籽粒中Cd浓度降低了8．6-9．7％，精米中Cd浓度降低了27-31％。SD则显著增加了籽粒中Cd浓度，但降低了Cd在精米中浓度。说明全生育期轻干湿交替灌溉可以增加产量和减少Cd在水稻可食部分的含量。6、氮肥对水稻品质和不同器官Cd浓度与分配的影响在相同施氮量情况下，Cd处理显著降低了产量。在相同土壤Cd浓度下，产量随施氮量(0～600kgha-1)的增加而提高。施氮量和Cd处理对稻米的出糙率、精米率和整精米率无显著影响。在相同施氮量情况下，Cd处理使胶稠度增加，直链淀粉含量降低。Cd对稻米垩白率、垩白度和蛋白质含量无显著影响。随施氮量的增加，颖壳、糠层和精米中Cd浓度均随之增加，但精米Cd浓度在ON(不施氮)与MN(300kgha-1)之间无显著差异。Cd在颖壳和糠层中的分配比例也随施氮量的增加而显著提高，但Cd在精米中的分配比例则随施氮量的增加而显著降低。表明在Cd污染的稻田适当施用氮肥并不会明显增加Cd在精米中的浓度，并可降低Cd在精米中的分配比例。 收起