砷胁迫下水稻苗期光合生理差异

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1、http://www.paper.edu.cn1砷胁迫下水稻苗期光合生理差异*刘琳，杨桂娣，王海斌，牛变红，曾聪明，何海斌福建农林大学生命科学学院，农业生态研究所，福州（350002）E-mail:becky_131@163.com摘要：本研究以水稻中汕优63为材料，田间网室中土培条件种植下，采用不同浓度、不同形态砷溶液处理，探讨砷对水稻光合特性影响的生理与响应机制。结果表明，砷处理后降低了水稻光合作用参数（净光合速率、细胞间隙CO2浓度、蒸腾速率、气孔导度、气孔限制值、叶绿素含量等），且随着砷浓度的

2、升高，下降幅度增大。水稻光合作用相关酶的分析结果表明，砷处理后水稻光合作用关键酶—核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶和乙醇酸氧化酶的活性均降低，且随着砷浓度的升高而下降。水稻形态指标测定结果表明，砷处理后导致水稻根长、株高增长缓慢，植株干重积累减少。同时本研究还发现不同形态砷（无机砷、有机砷）处理水稻后，以无机砷对水稻光合特性的影响作用较大。关键词：砷；水稻；光合作用；生理机制；分子机制中图分类号：X55[1]砷是一种有毒并致畸、致癌的化学元素。人类活动如采矿、金属冶炼以及含砷工业品

3、（如陶瓷、制革、玻璃等）和含砷农药（如杀鼠剂、除草剂、杀菌剂、防腐剂）、防污油漆（船底）、染料、铜或铅的合金、半导体材料等的生产和使用都可能引起土壤砷污染，土壤[2]砷污染的日益加剧将导致砷污染地寸草不生、生态系统完全崩溃等恶果。水稻是我国主要粮食作物之一，水稻产量的高低直接影响着国计民生。水稻田多采用沟渠灌[3]溉，因此造成水稻田土壤砷污染现象日趋严重；作物光合作用是作物生长发育和产量形成的生理基础和作物生产力高低的决定性因素。据报道，在高温胁迫下，灌浆期水稻叶片衰老[4]加速、光合能力下降，是导致

4、灌浆速率、结实率、粒重和籽粒产量降低的主要生理原因。陈悦等通过探讨了谷粒产量与光合作用的关系发现，增加单叶特别是剑叶的光合能力是克服[5]谷粒产量的光合产物源限制和在未来的超级杂交水稻育种中实现产量潜力新突破的关键。可见作物光合效率高低直接影响作物产量，因而研究砷对水稻光合特性的响应机制具有重要的意义，目前国内外对于这方面研究报道较少。本研究以常规水稻品种汕优63为材料，探讨土培条件下，外源添加不同形态砷对水稻光合作用能力影响的生理机制。以期为揭示砷对水稻的毒害机理提供一定的理论基础。1.材料与方法试

5、验于2007年7-8月在福建农林大学农业生态研究所田间网室进行，种植土壤的理化-1-1-1-1指标为：含全氮2.47g·kg，碱性氮28.1mg·kg，全磷1.22g·kg，有效磷119.7mg·kg，全-1-1-1钾1.08g·kg，有效钾372.4mg·kg，pH5.7。土壤中总砷含量19.68mg·kg，有效砷含量0.04-1mg·kg。1.1实验设计将土壤充分混匀装盆（长50cm×宽38cm×高17cm），盆中土壤高度约为12cm。将预萌发的水稻种子汕优63播于秧盘中，至二叶期，然后将其移植于

6、盆中，每盆30株，株行距为[6]7cm×7cm。待水稻长至三叶后，砷浓度参照Mohammed和土壤中砷残留国家标准设计，将-1配置好的浓度分别为0.8、1.6、2.4mg·L的无机砷（3价和5价砷各半）和有机砷(一甲基砷)1本课题得到福建省生态学重点学科项目（0608537）和福建省科技计划重点项目（2003Y027）的资助。-1-http://www.paper.edu.cn的溶液2L倒入盆中，盆中水层高度1cm左右，并以添加2L双蒸水作为对照（Control），每个处理3个重复，共21盆。于处理后

7、每天傍晚添加一定量的水，以保持盆中水层高度1cm左右。种植30天后，采用直接测量法，测量水稻的根长、株高、干重（120℃杀青30min，80℃烘烤48h），并测定水稻叶片光合作用参数，同时取样测定水稻光合作用相关酶的活性。1.2光合作用参数的测定采用美国Gene公司LI-6400型自动便携式光合测定系统测定净光合速率（Pn）、大气温度（Ta）、大气CO2浓度（C0）、细胞间隙CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）等光合作用参数。气孔限制值（Ls）利用Downton的方法计算，Ls=(C

8、0-Ci)/(C0-Γ)≈1-Ci/C0方程中C0、Ci和Γ分别为，叶外CO2浓度、细胞间隙CO2浓度和CO2补偿点。测定过程采2用生物效应灯为光源，PFD为1200µmol/m/s，大气温度为30-35℃，△Ca为±1ul/L。叶绿素含量的测定采用便携式叶绿素测定仪（日本）测定水稻叶片SPAD值。每盆测定15个叶片，取平均值。1.3水稻光合酶活性的测定水稻叶片光合作用相关酶—核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶，乙醇酸氧化酶的活性测定参照王[7][8]学奎等（