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根表铁膜控制水稻(Oryza sativa L.)幼苗铝吸收积累的作用和机理研究

李方

   铁膜是水稻适应淹水环境的过程中在根表形成的独特结构,其表面特殊的电化学性质和-OH功能团,可通过离子间的吸附-解吸、氧化-还原、有机-无机的络合等作用方式,影响根际环境中金属阴、阳离子的生物有效性。本试验以两种不同铝耐型水稻红良优166(铝敏感性品种)和菲优多系1号(铝耐性品种)为材料,采用营养液培养法,就根表铁膜数量和形成方式对铝吸收和运输的影响,铁膜对铝吸收特性的影响以及铁膜与磷共同作用下对铝吸收积累的调控作用等方面进行了研究,探讨根表铁膜控制水稻铝吸收和积累中所起的作用,旨在丰富植物外部耐铝机制,为酸性土壤上的作物产量提高提供理论依据。主要研究结果如下: (1)采用水培法,分别向营养液中添加0、10、20、30和40mg/L Fe2+诱导形成不同厚度的铁膜,研究两个不同铝耐性的水稻基因型根表铁膜厚度对铝吸收和运输的影响。结果表明,根表铁膜数量随外源Fe2+浓度的增加而增大,40mg/L Fe2+处理下菲优多系1号和红良优166的根表铁膜数量分别比对照增加了274.4%和258.6%。单Al处理下,菲优多系1号和红良优166的根系和地上部干重均在20 mg/LFe2+处理时最低,此时根系铝含量达到最大。30 mg/L和40 mg/L Fe2+处理时两基因型水稻根系和地上部干重显著高于无铁膜处理,根系铝含量和铝积累量低于其它处理。Al含量和积累量在植物各部分表现为根表铁膜>根系>地上部,根表铝含量和铝积累量随着铁膜数量的增加而增加。铁膜对水稻根系A1吸收的调控作用与铁膜数量有关,20mg/L Fe2+诱导的铁膜数量达到28-33 mg/g时,促进水稻根系对Al的吸收;30 mg/L、40 mg/L Fe2+诱导的铁膜数量达到36-42 mg/g时,铁膜可作为根系Al吸收的屏障,降低Al毒害。 (2)采用离体根系试验方法,研究根表铁膜及铁膜上结合的磷对铝吸收的动力学影响。结果表明,无论有无铁膜存在,水稻根系对Al的吸收均符合Michaelis-Menten动力学方程。Al浓度低于50μmol/L,有铁膜水稻根系对Al的吸收达到饱和,而无铁膜根系对A1的吸收随着外源Al浓度的升高而增大。系列浓度Al处理下,铁膜显著降低红良优166的根系Al含量和Imax,对菲优多系1号影响不大。0.5mmol/L的P溶液处理后覆铁膜水稻两基因型Km均大大降低,在10μmol/L低Al浓度下覆铁膜水稻根系对Al的吸收就可达到饱和。系列浓度Al处理下,铁膜上的P显著降低菲优多系1号的根系Al含量和Imax,而对红良优166则表现为根系Al含量没有明显影响,Imax有所升高。由此表明铝敏感基因型水稻通过根表铁膜抑制根系对铝的吸收,而耐铝基因型水稻则通过铁膜上的磷降低铝对植株的毒害。 (3)通过低磷供应诱导根表铁膜形成,研究铁膜对水稻铝吸收和运输的影响。结果表明,在低磷和铝毒处理下均降低两基因型水稻的根伸长率和红良优166的生物量,且两者共处理时对水稻生长的毒害作用更明显。低磷处理下植株根表铁膜数量显著性高于正常磷植株,根表、根系和地上部P含量均显著小于正常磷植株。低磷处理下两基因型水稻的Al主要在根系积累,占48.8-54.0%,而正常磷处理下两基因型水稻的Al主要在积累在根表,占46.4-52.8%。另外,菲优多系1号根尖Fe和Al含量明显小于红良优166。表明低磷诱导形成的铁膜不能阻止根系铝的吸收,耐性基因型根尖Fe的预饱和作用,起到缓解根尖铝毒害的作用。 (4)通过Fe(Ⅱ)-EDTA供应诱导形成铁膜,结合外源磷的作用,研究铁膜和磷对水稻Al吸收和运输的影响。结果表明,单Al处理下,与对照相比菲优多系1号和红良优166水稻根、株高伸长率分别降低了541.9、555.4%和63.6、186.0%,根系和地上部Al含量分别增加了886.2、429.5%和1091.9、1644.0%,各部位Fe和P含量变化不大。铁膜形成后,两基因型根表铁膜厚度分别是根系Fe含量的11.6和19.3倍;与单Al处理相比根表Al含量上升了937.7和1038.5%,根系和地上部Al含量下降了46.3和97.7%。铁膜与磷共处理下,相比铁膜单独处理根和株高伸长率、根系和地上部干重、根表Al含量、各部位Fe和P含量均显著增加,根系和地上部Al含量显著下降。Al处理下,铁膜和磷对根尖细胞壁果胶、半纤维素1和半纤维素2含量的影响与根系和地上部Al含量的变化规律一致。说明外源Fe2+诱导形成的铁膜通过根表对Al的吸附,阻挡大部分Al向根系的转移;铁膜形成后,外源磷的浓度越大,铁膜和其上吸附的磷对Al的双重固定作用越大,从而对植株Al毒害的缓解作用越大。……   
[关键词]:水稻;铁膜;;;吸收
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:浙江师范大学2010年