| 题名 | 硅对水稻吸收、积累砷的影响及其机理研究 |
| 作者 | 郭伟 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-06-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 朱永官 |
| 关键词 | 水稻 硅 砷 突变体 吸收 rice silicon arsenic mutant uptake |
| 其他题名 | Effects of Silicon on Arsenic Uptake by Rice Plants（Oryza sativa L.）and Possible Mechanisms |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 砷是一种致癌的微量元素，并广泛存在于环境中，摄入过量的砷会对人体健康产生严重的危害。近年来由于环境中砷污染问题日益严重，以及经食物链给人体健康所带来的风险日益加重，使得人们越来越关注食品中的砷污染问题。水稻是中国乃至整个亚洲的主要粮食作物之一，同时也是欧美等国除海产品以外砷暴露的主要途径之一。因此，研究一种行之有效的方法用以降低砷经食物链给人体健康所带来的风险是迫在眉睫。水稻是典型的喜硅作物，硅对于保持水稻的良好生长以及稳产和高产是必不可少的。有研究显示硅可以调节水稻等作物对磷的吸收，而到目前为止所有研究的植物品种，其对As(V)的吸收都是通过P(V)的跨膜转运蛋白完成的。那么，硅是否也可能影响到水稻对于As(V)的吸收、作用程度如何及其中可能存在的机理是什么？目前国内外有关的研究还很少，这也正是本论文主要研究的问题。 本研究采用不同的培养体系研究了硅对水稻吸收砷的影响及其可能存在的作用机理。 （1） 硅对水稻生长及吸收砷As(V)的影响 硅的加入显著增加了水稻植株地上部的生物量，没有显著影响其地下部的生物量。外源硅和内源硅的存在均显著降低了水稻植株对于营养液中As(V)的吸收，显著降低了其叶和根中的砷浓度。 （2） 介质中磷营养情况的不同和根表铁膜的存在是否会影响硅对水稻砷As(V)吸收的抑制作用 当营养液中磷浓度小于13 μM, 外源硅没有显著影响叶磷的浓度和对磷的吸收；但是当营养液中磷浓度大于130 μM时，外源硅显著减少了叶磷的浓度，降低了对磷的吸收。同时，无论营养液中磷浓度为多少，外源硅都显著的减少了叶和根中的砷浓度，降低了对砷的吸收。这说明硅对砷吸收的抑制作用并不受外界磷营养情况以及硅对磷吸收的不同调节作用影响。硅没有显著影响根表铁膜的形成。但根表铁膜的存在，显著抑制了水稻植株对砷的吸收；同时铁膜的存在也在一定程度上削弱了硅对水稻吸收砷的抑制作用。（3） 硅抑制水稻砷吸收的机理研究 外源硅的加入使得水稻离体根砷吸收动力学曲线的Km值几乎没有改变，但是其Vmax值却显著被减少了近一半。这说明硅对砷吸收的影响并不是通过和砷直接竞争根细胞膜上的活性转运蛋白位点来实现的。 外源硅和内源硅均显著减少了野生型水稻对营养液中As(V)的吸收，显著的降低了其叶和根砷浓度，但对于突变体没有显著的影响。同时，硅显著减少了野生型木质部伤流液中总砷的浓度，同样对于突变体没有显著影响。进一步的砷形态分析表明，野生型木质部伤流液中砷浓度的降低主要是由As(III)浓度的减少所引起的，而其中As(V)的浓度没有显著变化。另外，外源硅和内源硅也均显著减少了野生型水稻对营养液中As(III)的吸收，对突变体没有显著影响。综合以上所有结果表明，硅对于砷吸收的抑制作用主要是通过在木质部的转运阶段和As(III)竞争转运，从而减少了砷向地上部的运输和累积。 （4） 土培试验中硅对水稻吸收砷的影响 在低砷土壤中施硅使水稻植株叶砷浓度降低36~59%，根砷浓度降低15~37%。在高砷土壤中施硅，叶砷浓度降低42~58%，根砷浓度降低70~82%。结果表明，加硅可显著降低两种砷污染土壤中水稻植株对砷的吸收。 总之，我们的试验结果表明硅可以显著减少水稻植株对As(V)和As(III)的吸收，初步的研究表明硅抑制水稻砷吸收的机理可能是由于在向地上部转运阶段As(III)和Si之间发生竞争转运，从而减少了水稻植株对砷的吸收和累积。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 环境化学 |
| 公开日期 | 2010-06-01 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/268]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_土壤环境科学实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郭伟. 硅对水稻吸收、积累砷的影响及其机理研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2007. |
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