砷胁迫下硅对水稻生长的影响及其机制研究

发布时间：2020-06-23 14:11

【摘要】：硅因其在缓解植物生物(非生物)胁迫中的有益作用受到广泛关注。水稻是喜硅作物,施硅不仅能促进水稻生长,还能缓解重金属对水稻的毒害作用。目前已有大量关于硅缓解水稻砷毒害研究的报道,但通常忽视了含硅物料的强碱性或伴随阳离子对土壤砷有效性的影响,且较少将土壤、植物作为一个整体进行研究。因此,开展砷胁迫下硅对水稻生长影响的系统性研究,对于砷污染土壤的修复与利用、保障水稻安全生产具有重要的理论和实践意义。本文在消除外源硅(Na_2SiO_3)碱性和伴随离子(Na~+)影响的基础上,将土壤-植物作为一个整体进行研究。通过开展室外盆栽试验和室内培养试验,系统分析外源硅对水稻生长发育及产量、糙米砷积累、土壤固相砷赋存形态、土壤固-液界面砷化学行为、土壤-植物界面(水稻根表)砷富集等的影响,探讨外源硅对土壤-植物系统砷的调控效果与作用机制。得到的主要结果与结论如下:(1)施硅缓解了砷对水稻的毒害。施硅可促进水稻植株生长和产量的提高。加硅量在100-150mg kg~(-1)时砷对水稻的胁迫作用受到抑制,加硅量在50mg kg~(-1)时水稻砷胁迫的缓解效果不明显。施硅增加糙米中硅的含量,减少糙米中砷的含量,糙米中硅、砷含量间呈显著直线负相关关系(r=-0.988~*)。(2)施硅对土壤固相中砷赋存形态的影响较小。土壤中铁型砷(Fe-As)含量最多,占总含砷量的39.97%~41.46%,交换态砷(AE-As)含量最少,仅占1.11%~1.24%;各处理间水型砷(H_2O-As)、交换态砷(AE-As)、铁型砷(Fe-As)、钙型砷(Ca-As)和闭蓄态砷(O-As)含量的差异均不显著。(3)硅影响了砷在土壤固-液界面的化学行为。施硅在一定程度上抑制了土壤对砷的吸附,降低土壤吸附砷的反应速率,双常数方程和Elovich方程能较好地描述土壤对砷的吸附动力学特征;Langmuir方程、Freundlich方程和Temkin方程均适宜描述土壤对砷的等温吸附特征,尤以Freundlich方程拟合效果最佳,施硅降低土壤对砷的吸附量和吸附强度;土壤对砷的吸附为吸热、熵增的自发物理过程,施硅使土壤吸附砷反应的吸附自由能变(△G~0)增大、焓变(△H~0)减小、熵变(△S~0)减小,即施硅使土壤吸附砷的自发性和混乱度降低。(4)施硅促进水稻根表铁膜的形成及其对砷的固定。与不施硅处理相比,施硅各处理水稻根表DCB-Fe、DCB-As的含量明显增加,且二者间呈显著线性正相关关系(r=0.980~*)。施硅增加了根表铁膜,促进砷在根表的固定,减少了水稻根系对砷的吸收。综上所述,施硅对土壤固相砷赋存形态无显著影响,且有利于促进土壤固-液界面砷活性的增强,但可以通过促进水稻根表铁膜的形成及其对土壤溶液中砷的固定来降低水稻对砷的吸收,实现对水稻砷毒害的缓解。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X503.231;S511
【图文】：

生长情况,生育期,水稻,植株

水稻各生育期生长情况如图 3-1 所示。根据图中水稻各阶段的生长情况可以非常明显的看出不同处理间的差异。在分蘖期、拔节期、孕穗期和乳熟期，单加砷（Si0）处理的水稻植株生长受到抑制，表现为前期植株发育迟缓，生长不良，植株矮小长势弱；后期叶片失绿发黄，植株早衰。各施硅处理则表现出砷毒害缓解作用，与 Si0 处理相比水稻植株长势均得到改善。随着施硅量从 50mg kg-1增加至 150mg kg-1，植株株高与分蘖数逐渐增加，穗体也更为饱满。总的来说，在土壤砷胁迫条件下，水稻生长受到显著抑制，添加外源硅能缓解砷对水稻的毒害作用。（A）分蘖期（B）拔节期

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