【摘要】：水稻是中國(guó)乃至世界上最主要的糧食作物之一,有超過(guò)50%的人口以大米為主糧,因此保障稻米安全尤為重要。重金屬砷(As)污染是目前稻米存在的主要質(zhì)量安全問(wèn)題之一。不同形態(tài)砷的毒性存在較大差異,因此評(píng)價(jià)稻米中砷的食用安全性不僅要考察總砷和無(wú)機(jī)砷的含量,還需要綜合考量稻米中有機(jī)胂形態(tài)及其含量。近年來(lái),有關(guān)水稻對(duì)砷的吸收、轉(zhuǎn)化、運(yùn)轉(zhuǎn)、累積、調(diào)控等研究工作日益增多,并獲得了一定的成果。但先前的研究多集中在水稻某個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)對(duì)無(wú)機(jī)砷脅迫的響應(yīng)狀況以及稻米砷含量的變化等,而有關(guān)水稻在有機(jī)胂脅迫下的生長(zhǎng)、吸收、代謝及其調(diào)控措施的研究國(guó)內(nèi)外報(bào)道較少。有機(jī)胂如阿散酸(ASA)和一甲基胂(MMA)曾經(jīng)在農(nóng)業(yè)上被廣泛應(yīng)用,目前仍在工業(yè)上使用。本研究采用水培和土培方式,在構(gòu)建水稻植株砷形態(tài)測(cè)定方法的基礎(chǔ)上,測(cè)定總砷和不同形態(tài)砷含量、以及分析不同形態(tài)的有機(jī)胂在不同濃度下對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的影響,并結(jié)合研究不同有機(jī)胂形態(tài)脅迫下水稻生理生化特性的變化及施硅對(duì)有機(jī)胂脅迫的水稻生理機(jī)理,從而探討水稻對(duì)不同形態(tài)有機(jī)胂脅迫響應(yīng)和硅調(diào)控機(jī)理,為降低水稻吸收有機(jī)胂提供理論和實(shí)踐依據(jù)。研究結(jié)果如下:1、構(gòu)建了一種同時(shí)測(cè)定水稻植株及稻米中亞砷酸鹽[As(Ⅲ)]、砷酸鹽[As(V)]、MMA、二甲基胂酸(DMA)和ASA含量的高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜分析方法。各形態(tài)砷在0 mg/L~12.5 mg/L范圍內(nèi)線性良好,相關(guān)系數(shù)均在0.9995以上,5種形態(tài)砷的檢出限為0.15μg/L~0.36μg/L,定量限為0.50μg/L~1.20μg/L,平均回收率在84.8%~105.6%之間,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.7%~4.2%。2、5個(gè)南方典型水稻品種耐有機(jī)胂的能力及對(duì)砷的累積存在差異。開(kāi)展盆栽實(shí)驗(yàn),以南方典型水稻天優(yōu)116、廣優(yōu)116、天豐B、粵晶絲苗2號(hào)和黑米5個(gè)品種為研究對(duì)象,分析各品種水稻在成熟期吸收、轉(zhuǎn)化ASA和MMA的特性。結(jié)果表明:ASA處理的水稻中檢出As(Ⅲ)、As(V)、MMA、DMA和ASA,其中砷的具體形態(tài)種類及含量與水稻品種有關(guān)。根中砷含量最高,5種水稻根、莖、葉、穗、米中均累積As(Ⅲ)。雜交稻天優(yōu)116總砷最多,其次是常規(guī)稻粵晶絲苗2號(hào),糯稻黑米總砷最低。MMA處理的水稻中檢出MMA、DMA、As(Ⅲ)和As(V),4種形態(tài)砷含量高低順序?yàn)楦~莖穗。僅有天優(yōu)116和廣優(yōu)116穗中積累了MMA、As(Ⅲ)和DMA,而其他水稻品種不育。天優(yōu)116總砷最多,其次是廣優(yōu)116、天豐B和粵晶絲苗2號(hào)(這3種水稻總砷含量無(wú)顯著性差異),黑米總砷最低。由此可得,雜交稻天優(yōu)116的耐砷性和富集性較所其他4個(gè)品種的好。所研究的常規(guī)稻中耐砷性最好的是粵晶絲苗2號(hào)。為此選擇天優(yōu)116和粵晶絲苗2號(hào)分別作為雜交稻和常規(guī)稻中耐砷品種。3、研究了不同形態(tài)有機(jī)胂對(duì)水稻種子萌發(fā)的影響。以南方典型水稻黑米、天優(yōu)116和粵晶絲苗2號(hào)3個(gè)品種為試驗(yàn)材料,開(kāi)展了5個(gè)不同濃度ASA和MMA脅迫下水稻種子的發(fā)芽試驗(yàn)。結(jié)果表明,高濃度的2種有機(jī)胂均顯著抑制了水稻種子的萌發(fā)、胚芽鞘和根生長(zhǎng)及生物量的積累,且隨著胂濃度的升高抑制作用增加。2種有機(jī)胂在25 mg/L時(shí)對(duì)不同品種水稻種子發(fā)芽的影響不同。由此可知,即使有機(jī)胂毒性較低,高濃度仍會(huì)抑制水稻種子的發(fā)芽。4、探討了不同品種水稻對(duì)不同形態(tài)有機(jī)胂的動(dòng)態(tài)歸趨特征。通過(guò)開(kāi)展盆栽試驗(yàn),考察了在5個(gè)不同濃度ASA和MMA處理下,水稻天優(yōu)116和粵晶絲苗2號(hào)不同生長(zhǎng)期(分蘗期、灌漿期和成熟期)各組織中砷的動(dòng)態(tài)變化特性。結(jié)果表明:ASA處理的2種水稻在分蘗期隨著ASA添加濃度的升高,根、莖、葉中檢出的As(Ⅲ)、As(V)和ASA(除粵晶絲苗2號(hào)葉外)含量均相應(yīng)升高,且含量:ASAAs(Ⅲ)As(V);在灌漿期和成熟期檢出As(Ⅲ)、As(V)、DMA、MMA和ASA,其中灌漿期ASA含量最高而成熟期As(V)含量最高。2種水稻的稻米中均檢出As(Ⅲ)、DMA和MMA,且含量:有機(jī)胂無(wú)機(jī)砷。MMA處理的2種水稻3個(gè)生長(zhǎng)期均檢出As(Ⅲ)、DMA、MMA和As(V),且MMA含量最高�？傮w上隨著MMA添加濃度的升高,4種形態(tài)砷含量均增加。MMA的殺雄作用導(dǎo)致僅有天優(yōu)116在MMA添加濃度為50mg/kg有稻谷生成,并檢出As(Ⅲ)和DMA,且含量:DMAAs(Ⅲ)。對(duì)照組僅檢出As(Ⅲ)和As(V)。由此可得,水稻生長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)根系吸收的有機(jī)胂逐漸向地上部遷移,并轉(zhuǎn)化為其他砷形態(tài)累積到地上部各組織,其中,ASA主要是向As(V)轉(zhuǎn)化,而MMA依然占主體,這可能與水稻對(duì)ASA和MMA的代謝途徑不同有關(guān)。5、研究了水稻對(duì)有機(jī)胂脅迫的抗氧化響應(yīng)特征。通過(guò)水培實(shí)驗(yàn),研究了黑米、天優(yōu)116和粵晶絲苗2號(hào)3種水稻幼苗期在生理水平上對(duì)ASA和MMA的抗氧化響應(yīng)特征。結(jié)果表明,50 mg/L ASA處理可促進(jìn)黑米和天優(yōu)116地上部生長(zhǎng),而隨著ASA處理濃度的增加,3種水稻的地上部和地下部生長(zhǎng)受抑制,且丙二醛(MDA)含量和總砷含量升高;黑米和天優(yōu)116地上部和地下部的抗氧化酶超氧岐化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)活性、抗氧化物谷胱甘肽(GSH)的含量及3種水稻地上部和地下部的可溶性蛋白含量均先增加后降低;黑米和天優(yōu)116地下部的抗壞血酸(AsA)和可溶性蛋白含量、粵晶絲苗2號(hào)地上部和地下部的SOD、CAT、POD活性、GSH、AsA和可溶性蛋白含量均下降。50 mg/L MMA處理可促進(jìn)黑米地下部生長(zhǎng),而隨著MMA處理濃度的增加,3種水稻地上部和地下部生長(zhǎng)均受抑制,且MDA含量和總砷升高;黑米地上部的CAT活性、黑米地下部的SOD、CAT、POD活性、抗氧化物GSH和AsA含量、3種水稻地上部和地下部的可溶性蛋白含量均先升后降;3種水稻地上部的SOD和POD活性、GSH和AsA含量及粵晶絲苗2號(hào)和天優(yōu)116地下部的SOD和CAT活性、GSH和AsA含量均下降。結(jié)果表明,水稻抗氧化系統(tǒng)對(duì)不同形態(tài)有機(jī)胂脅迫響應(yīng)不同,弱脅迫時(shí)水稻能通過(guò)增強(qiáng)抗氧化系統(tǒng)來(lái)防御有機(jī)胂脅迫造成的損傷,表現(xiàn)出較強(qiáng)的自我調(diào)節(jié)和抗胂脅迫能力;強(qiáng)脅迫時(shí)水稻體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)被破壞,抗氧化能力下降。水稻耐胂脅迫大小與其品種及組織、砷形態(tài)及濃度有關(guān)。6、闡釋了硅對(duì)水稻幼苗有機(jī)胂脅迫的生理緩解作用機(jī)制。通過(guò)開(kāi)展水培試驗(yàn),考察了施硅緩解苗期水稻(黑米、天優(yōu)116和粵晶絲苗2號(hào))遭受ASA和MMA毒害影響的生理作用機(jī)制。結(jié)果表明,100 mg/L(以As計(jì))的ASA和MMA均會(huì)對(duì)水稻產(chǎn)生脅迫作用。在ASA(MMA)脅迫條件下加硅,能降低水稻脂質(zhì)過(guò)氧化,提高SOD、POD和CAT的活性,增加GSH、AsA和可溶蛋白的含量,減少水稻幼苗對(duì)ASA(MMA)的吸收,促進(jìn)水稻生長(zhǎng)使得水稻抗性增強(qiáng)。本研究結(jié)果為施用硅肥緩解水稻有機(jī)胂脅迫和減少水稻對(duì)有機(jī)胂的吸收提供理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X503.231;S511
【圖文】：

究選擇流動(dòng)相的 pH 為 5。2.3.3.4 流動(dòng)相流速的優(yōu)化流動(dòng)相流速不僅影響色譜柱的壽命，也與物質(zhì)的分離效果密切相關(guān)。本研究結(jié)合方法所用柱子類型，在 0.8 mL/min、1.0 mL/min、1.25 mL/min、1.5 mL/min 流之間選擇，從色譜圖的分離度、峰容量、柱壓等指標(biāo)來(lái)看，當(dāng)流速為 0.8 mL/min 時(shí)5 種砷形態(tài)的出峰時(shí)間均增加，而且峰形變寬。當(dāng)流速為 1.5 mL/min 時(shí)，由于出時(shí)間減小，As(Ⅲ)、DMA、MMA 的色譜峰出現(xiàn)重疊。盡管流速為 1.25 mL/min 時(shí)5 種砷形態(tài)能較好分離，但色譜柱的柱壓較高。由于 As(III)、MMA、DMA 出峰間間隔較小，若遇到復(fù)雜基質(zhì)或色譜柱分離性能下降而可能會(huì)導(dǎo)致這 3 個(gè)峰不能離。當(dāng)流速為 1.0 mL/min 時(shí)，也能取得 5 種砷形態(tài)較好的分離，色譜柱的柱壓較速為 1.25 mL/min 的低，分離效果較好。為更好的使用色譜柱，最后選擇流動(dòng)相流速為 1.0 mL/min。結(jié)合以上優(yōu)化的高效液相色譜條件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得的色譜圖見(jiàn)圖 3.1。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2018 屆博士研究生學(xué)位（畢業(yè)）論文從表 2.7 各形態(tài)的檢測(cè)結(jié)果可以看出，根據(jù)盆栽實(shí)驗(yàn)條件獲得的稻米中 As 主要以As(III)形式存在，對(duì)應(yīng)的含量為0.701 mg/kg ~ 1.206 mg/kg，其次為DMA和MMA，對(duì)應(yīng)的含量分別為 0.978 mg/kg ~ 2.177 mg/kg 和 0.420 mg/kg ~ 0.611 mg/kg。盆栽實(shí)驗(yàn)獲得的水稻莖和葉中均能檢測(cè)出 As(Ⅲ)、DMA、MMA、As(Ⅴ)和 ASA 5 種砷形態(tài)。由于盆栽實(shí)驗(yàn)是添加 ASA，為此，在獲得的水稻植株莖和葉中 ASA 含量較其他 4 種砷形態(tài)含量高。

【參考文獻(xiàn)】

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1 許昊;蘇鋒;高孝美;;砷和草甘膦復(fù)合污染對(duì)水稻種子萌發(fā)的影響[J];湖北農(nóng)業(yè)科學(xué);2015年22期

2 李仁英;李蘇霞;謝曉金;徐向華;沈孝輝;王薦;張ZM;李君;;施硅期對(duì)砷污染土中水稻體內(nèi)磷砷含量與分布的影響[J];生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào);2015年06期

3 賴長(zhǎng)鴻;劉亞玲;賀鴻志;黎華壽;陳桂葵;;無(wú)機(jī)三價(jià)砷對(duì)生菜的生態(tài)毒性及其生物積累[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2015年05期

4 朱永興;李換麗;胡彥宏;張?zhí)锾?韓衛(wèi)華;宮海軍;;硅酸鹽提高番茄抗鹽性的效應(yīng)與生理機(jī)制[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2015年02期

5 江緒文;李賀勤;王建華;;鹽脅迫下黃芩種子萌發(fā)及幼苗對(duì)外源抗壞血酸的生理響應(yīng)[J];植物生理學(xué)報(bào);2015年02期

6 陳明燦;王賀正;姚孚榮;朱志勇;李友軍;;硅對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)及部分生理指標(biāo)的影響[J];廣東農(nóng)業(yè)科學(xué);2014年21期

7 車東f;張建鋒;杜晶晶;;三類基質(zhì)中砷形態(tài)分析的前處理方法比較[J];環(huán)境化學(xué);2014年07期

8 李仁英;沈孝輝;張耀鴻;周志高;謝曉金;李映雪;徐向華;覃鄭婕;;無(wú)機(jī)砷對(duì)不同水稻品種種子萌發(fā)和幼苗光合生理的影響[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2014年06期

9 段艷華;甘義群;郭欣欣;丁旭峰;鄧婭敏;;江漢平原高砷地下水監(jiān)測(cè)場(chǎng)水化學(xué)特征及砷富集影響因素分析[J];地質(zhì)科技情報(bào);2014年02期

10 樊香絨;尹黎燕;李偉;常鋒毅;;中國(guó)蓮(Nelumbo nucifera)幼苗抗氧化系統(tǒng)對(duì)砷脅迫的響應(yīng)[J];植物科學(xué)學(xué)報(bào);2013年06期

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2 鞏佳第;水稻中砷的賦存形態(tài)和轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律的研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2015年

3 黃亞濤;我國(guó)稻米中無(wú)機(jī)砷的污染分布研究及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2014年

4 謝科;中國(guó)主要糧食產(chǎn)區(qū)的大米中總砷和砷形態(tài)物質(zhì)的檢測(cè)及其暴露評(píng)估[D];武漢輕工大學(xué);2013年

5 潘浩;中國(guó)大米無(wú)機(jī)砷暴露評(píng)估研究[D];武漢工業(yè)學(xué)院;2012年

6 牛變紅;水稻秧苗響應(yīng)無(wú)機(jī)砷脅迫的生理特性分析[D];福建農(nóng)林大學(xué);2009年

7 石孟春;硅對(duì)水稻砷吸收與毒害的影響效應(yīng)研究[D];廣西大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2726953