不同氮素形式对镉胁迫下水稻幼苗的影响
不同氮素形式对镉胁迫下水稻幼苗的影响[20200614172120]
摘要：以水稻为实验材料，采用不同形态氮源（NH4+,NO3-,NH4NO3）营养液水培的方式，并设置三个镉浓度水平CK (0 uM)、 Cd1 (25 uM) 、Cd2 (50 uM)，研究不同氮源对镉胁迫下水稻幼苗的影响。结果表明，无论是在无镉还是在有镉水平下，NH4NO3处理效果都是最理想的。NH4+对比NO3-形态氮，前者对水稻幼苗地上部的影响效果优于后者；而后者对地下部的影响效果优于前者。无镉处理与有镉处理间差异显著，较低镉浓度处理（25 uM）与较高浓度处理（50 uM）差异不明显。
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关键字:不同氮源；镉；水稻
目录
摘要 3
引言
引言
水稻是中国的主要粮食作物，我国有65%的人口以稻米为主要粮食。所以，水稻品质安全是中国粮食安全的关键（胡忠孝，2009）。镉（Cadmium, Cd）是一种非必要且毒性很强的重金属元素，其对作物安全生产有很强的负面影响（冉烈等，2011）。目前，我国农田镉污染面积已经超过20*104 hm2，每年生产的镉含量超标的农产品达14.6*108 kg；其农作物中镉含量远远超过了联合国粮农组织(FAO)/世界卫生组织（WHO）所要求的0.1 mg/kg的标准（柳絮等，2007）。尤其对水稻来说，重金属镉容易被水稻根部吸收，并且通过导管输送到地上部，导致作物体内重金属镉的积累（何俊瑜等，2011）。
在植物细胞水平上，金属镉对植物的毒害主要表现为：镉会降低植物的细胞分裂与增殖，其首先引起根的损伤，改变根尖细胞的RNA合成，抑制NR（nitrate reductase，硝酸还原酶）活性（Das P. et al, 1997）。在形态上主要表现在根、茎、叶的生长受阻而失绿枯萎，矿质（Ca、Mg、P、K）、水分吸收转运受阻（Das P. et al, 1997）。 在生理生化水平上, 镉对植物的影响主要表现为降低叶绿素含量、电导率，并会对光合系统造成伤害（Suzuki et al, 2001）；引起膜脂过氧化损伤（Das P. et al, 1997），抑制抗氧化酶活性。（章秀福等，2006）
植物对镉的耐性机理主要表现在：1）限制Cd吸收和运转。运输Cd到不活跃的器官或亚细胞区域中；2）根系微生物在细胞外阻止Cd对植物的毒害作用；3）螯合作用。植物螯合肽（PCs），如谷胱甘肽（GSH），通过对Cd螯合或沉淀作用，可以避免Cd与细胞器的接触，从而解除金属镉对植物的迫害作用；4）抗 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
氧化酶作用。在金属镉胁迫下，植物会响应产生大量的活性氧自由基，从而使膜脂过氧化，造成植物细胞的损伤。有研究显示，在植物体受到盐害后，其抗氧化酶系会主动响应，通过正调控抗氧化酶含量来抵制盐害；但在较高浓度盐害水平下，其酶系会受到伤害胁迫。其中就包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、过氧化物酶（peroxidase, POD）等（蒋汉明等，2012）（熊愈辉等，2006）
镉金属会通过食物链进入人体危害人类健康；如，1950年日本发生了慢性镉中毒事件（J. O. Nriagu, 1981）。因此，对农作物镉毒害的治理刻不容缓。从20世纪中期开始，越来越多国内外学者开始关注镉的环境行为与污染防治，如何避免可食农作物产品中的镉积累（宗良纲，2004）。有研究发现通过一些外源物质可以缓解Cd对植物产生的毒害作用。这些外源物质主要为：1、植物生长调节剂（油菜素内酯、脱落酸、水杨酸、抗坏血酸等）；2、土壤改良剂（有机氮磷肥、硅肥、硒肥等）；3、外源一氧化氮分子（赵秀峰，2012）（高会玲等，2013）。但是，目前为止，国内外的学者仍然无法完全解释外源物质对植物镉毒害的缓解机理。所以，对于作物镉毒害的有效处理方法仍是一个急需解决的问题。研究不同氮素形式对水稻镉毒害的影响效果，这对于今后的研究以及将来实际生产土壤镉农艺施用都有一定的意义。
1 材料与方法
1.1 研究材料
江苏省农业科学院天丰优084杂交水稻
1.2 研究方法
1.2.1 实验设计
水稻预处理：挑选籽粒饱满的水稻种子，用0.1%次氯酸钠溶液消毒15 min，再用蒸馏水冲洗干净，在30 ℃下用蒸馏水浸种24~48小时直至水稻种子露白，然后将水稻种子置于纱网泡沫板上，悬浮于0.5 mM CaCl2溶液上培养，先黑暗培养2天，再见光培养2天，培养过程中每天更换CaCl2溶液。待出幼苗后移入中转箱，用海绵固定水稻幼苗，使用木村B营养液培养。光强为200 μmol photon m–2s–1，昼夜循环为光14 h/30 ℃和黑暗10 h/25 ℃。
水稻幼苗处理：待水稻幼苗在木村营养液中培养1周后，进行处理，其中使用修改后的木村B营养液进行培养。修改后的木村B营养液含大量元素（mmol/L）：NH4NO3（2）/NH4Cl（4）/NaNO3（4），CaCl22H2O（0.36），KCl（0.18），KH2PO4（0.09）和MgSO47H2O（0.55）；微量元素（umol/L）：CuSO45H2O（0.3），H3BO3（46），Na2EDTA-Fe(II)（20），MnCl24H2O（9），Na2MoO44H2O（9）和ZnSO47H2O（0.7）(舒畅，2011）。每4天更换一次处理营养液，每次用1 M HCl或1 M NaOH调节溶液pH至5.5±0.2。每个处理重复3次，以12株水稻幼苗为一个重复单位。Cd处理浓度设置为50 umol/L（Zhuang Chunhua et al, 2013）（He J et al, 2008）（王芳，2009）（何俊瑜等，2011）（何俊瑜等，2008）（葛才林，2007）；根据50 umol/L CdCl *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
2设置一个较低的镉浓度处理，即25 umol/L CdCl2。氮素浓度设置为4 mmol/L（张敬锁等，1998）（马丹，2009)。实验处理设置如下表。即设置三个镉浓度水平（0 uM、25 uM、50 uM），三种氮素来源（铵态氮、硝态氮、硝酸铵）处理12天 。
表1 实验处理
Tab1 Experimental treatment
处理编号/treatment number 处理/treatment
N1 4.0mmol/L NH4Cl
N2 4.0mmol/L NaNO3
N3 2.0mmol/L NH4NO3
Cd1+N1 25.0umol/L CdCl2 + 4.0mmol/L NH4Cl
Cd1+N2 25.0umol/L CdCl2 + 4.0mmol/L NaNO3
Cd1+N3 25.0umol/L CdCl2 + 2.0mmol/L NH4NO3
Cd2+N1 50.0umol/L CdCl2 + 4.0mmol/L NH4Cl
Cd2+N2 50.0umol/L CdCl2 + 4.0mmol/L NaNO3
Cd2+N3 50.0umol/L CdCl2 + 2.0mmol/L NH4NO3
1.2.2 测定内容
1.2.2.1 不同氮素对镉毒害下水稻幼苗生长与对营养液pH值的影响
1.2.2.1.1 水稻植株生长指标测定
图3 不同氮素形式同一镉水平下营养液pH值的影响. A. CK；B. Cd1；C. Cd2
Fig3 Effect of N forms on pH of nutrient solution under three Cd levels. A. CK；B. Cd1；C. Cd2
致谢
本文是在导师蔡庆生教授悉心指导下完成的。感谢导师在这半年多来的帮助和关怀，值此论文完成之际，谨向我的导师蔡庆生教授致以崇高的敬意和衷心的感谢。
摘要：以水稻为实验材料，采用不同形态氮源（NH4+,NO3-,NH4NO3）营养液水培的方式，并设置三个镉浓度水平CK (0 uM)、 Cd1 (25 uM) 、Cd2 (50 uM)，研究不同氮源对镉胁迫下水稻幼苗的影响。结果表明，无论是在无镉还是在有镉水平下，NH4NO3处理效果都是最理想的。NH4+对比NO3-形态氮，前者对水稻幼苗地上部的影响效果优于后者；而后者对地下部的影响效果优于前者。无镉处理与有镉处理间差异显著，较低镉浓度处理（25 uM）与较高浓度处理（50 uM）差异不明显。
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关键字:不同氮源；镉；水稻
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摘要 3
引言
引言
水稻是中国的主要粮食作物，我国有65%的人口以稻米为主要粮食。所以，水稻品质安全是中国粮食安全的关键（胡忠孝，2009）。镉（Cadmium, Cd）是一种非必要且毒性很强的重金属元素，其对作物安全生产有很强的负面影响（冉烈等，2011）。目前，我国农田镉污染面积已经超过20*104 hm2，每年生产的镉含量超标的农产品达14.6*108 kg；其农作物中镉含量远远超过了联合国粮农组织(FAO)/世界卫生组织（WHO）所要求的0.1 mg/kg的标准（柳絮等，2007）。尤其对水稻来说，重金属镉容易被水稻根部吸收，并且通过导管输送到地上部，导致作物体内重金属镉的积累（何俊瑜等，2011）。
在植物细胞水平上，金属镉对植物的毒害主要表现为：镉会降低植物的细胞分裂与增殖，其首先引起根的损伤，改变根尖细胞的RNA合成，抑制NR（nitrate reductase，硝酸还原酶）活性（Das P. et al, 1997）。在形态上主要表现在根、茎、叶的生长受阻而失绿枯萎，矿质（Ca、Mg、P、K）、水分吸收转运受阻（Das P. et al, 1997）。 在生理生化水平上, 镉对植物的影响主要表现为降低叶绿素含量、电导率，并会对光合系统造成伤害（Suzuki et al, 2001）；引起膜脂过氧化损伤（Das P. et al, 1997），抑制抗氧化酶活性。（章秀福等，2006）
植物对镉的耐性机理主要表现在：1）限制Cd吸收和运转。运输Cd到不活跃的器官或亚细胞区域中；2）根系微生物在细胞外阻止Cd对植物的毒害作用；3）螯合作用。植物螯合肽（PCs），如谷胱甘肽（GSH），通过对Cd螯合或沉淀作用，可以避免Cd与细胞器的接触，从而解除金属镉对植物的迫害作用；4）抗 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
氧化酶作用。在金属镉胁迫下，植物会响应产生大量的活性氧自由基，从而使膜脂过氧化，造成植物细胞的损伤。有研究显示，在植物体受到盐害后，其抗氧化酶系会主动响应，通过正调控抗氧化酶含量来抵制盐害；但在较高浓度盐害水平下，其酶系会受到伤害胁迫。其中就包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、过氧化物酶（peroxidase, POD）等（蒋汉明等，2012）（熊愈辉等，2006）
镉金属会通过食物链进入人体危害人类健康；如，1950年日本发生了慢性镉中毒事件（J. O. Nriagu
1 材料与方法
1.1 研究材料
江苏省农业科学院天丰优084杂交水稻
1.2 研究方法
1.2.1 实验设计
水稻预处理：挑选籽粒饱满的水稻种子，用0.1%次氯酸钠溶液消毒15 min，再用蒸馏水冲洗干净，在30 ℃下用蒸馏水浸种24~48小时直至水稻种子露白，然后将水稻种子置于纱网泡沫板上，悬浮于0.5 mM CaCl2溶液上培养，先黑暗培养2天，再见光培养2天，培养过程中每天更换CaCl2溶液。待出幼苗后移入中转箱，用海绵固定水稻幼苗，使用木村B营养液培养。光强为200 μmol photon m–2s–1，昼夜循环为光14 h/30 ℃和黑暗10 h/25 ℃。
水稻幼苗处理：待水稻幼苗在木村营养液中培养1周后，进行处理，其中使用修改后的木村B营养液进行培养。修改后的木村B营养液含大量元素（mmol/L）：NH4NO3（2）/NH4Cl（4）/NaNO3（4），CaCl22H2O（0.36），KCl（0.18），KH2PO4（0.09）和MgSO47H2O（0.55）；微量元素（umol/L）：CuSO45H2O（0.3），H3BO3（46），Na2EDTA-Fe(II)（20），MnCl24H2O（9），Na2MoO44H2O（9）和ZnSO47H2O（0.7）(舒畅，2011）。每4天更换一次处理营养液，每次用1 M HCl或1 M NaOH调节溶液pH至5.5±0.2。每个处理重复3次，以12株水稻幼苗为一个重复单位。Cd处理浓度设置为50 umol/L（Zhuang Chunhua et al, 2013）（He J et al, 2008）（王芳，2009）（何俊瑜等，2011）（何俊瑜等，2008）（葛才林，2007）；根据50 umol/L CdCl *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
2设置一个较低的镉浓度处理，即25 umol/L CdCl2。氮素浓度设置为4 mmol/L（张敬锁等，1998）（马丹，2009)。实验处理设置如下表。即设置三个镉浓度水平（0 uM、25 uM、50 uM），三种氮素来源（铵态氮、硝态氮、硝酸铵）处理12天 。
表1 实验处理
Tab1 Experimental treatment
处理编号/treatment number 处理/treatment
N1 4.0mmol/L NH4Cl
N2 4.0mmol/L NaNO3
N3 2.0mmol/L NH4NO3
Cd1+N1 25.0umol/L CdCl2 + 4.0mmol/L NH4Cl
Cd1+N2 25.0umol/L CdCl2 + 4.0mmol/L NaNO3
Cd1+N3 25.0umol/L CdCl2 + 2.0mmol/L NH4NO3
Cd2+N1 50.0umol/L CdCl2 + 4.0mmol/L NH4Cl
Cd2+N2 50.0umol/L CdCl2 + 4.0mmol/L NaNO3
Cd2+N3 50.0umol/L CdCl2 + 2.0mmol/L NH4NO3
1.2.2 测定内容
1.2.2.1 不同氮素对镉毒害下水稻幼苗生长与对营养液pH值的影响
1.2.2.1.1 水稻植株生长指标测定
图3 不同氮素形式同一镉水平下营养液pH值的影响. A. CK；B. Cd1；C. Cd2
Fig3 Effect of N forms on pH of nutrient solution under three Cd levels. A. CK；B. Cd1；C. Cd2
致谢
本文是在导师蔡庆生教授悉心指导下完成的。感谢导师在这半年多来的帮助和关怀，值此论文完成之际，谨向我的导师蔡庆生教授致以崇高的敬意和衷心的感谢。
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