【摘要】：水稻是中國乃至世界上最主要的糧食作物之一,有超過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)量安全問題之一。不同形態(tài)砷的毒性存在較大差異,因此評價稻米中砷的食用安全性不僅要考察總砷和無機砷的含量,還需要綜合考量稻米中有機胂形態(tài)及其含量。近年來,有關(guān)水稻對砷的吸收、轉(zhuǎn)化、運轉(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生長期內(nèi)對無機砷脅迫的響應狀況以及稻米砷含量的變化等,而有關(guān)水稻在有機胂脅迫下的生長、吸收、代謝及其調(diào)控措施的研究國內(nèi)外報道較少。有機胂如阿散酸(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)測定方法的基礎(chǔ)上,測定總砷和不同形態(tài)砷含量、以及分析不同形態(tài)的有機胂在不同濃度下對水稻生長發(fā)育過程的影響,并結(jié)合研究不同有機胂形態(tài)脅迫下水稻生理生化特性的變化及施硅對有機胂脅迫的水稻生理機理,從而探討水稻對不同形態(tài)有機胂脅迫響應和硅調(diào)控機理,為降低水稻吸收有機胂提供理論和實踐依據(jù)。研究結(jié)果如下:1、構(gòu)建了一種同時測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,相對標準偏差為0.7%~4.2%。2、5個南方典型水稻品種耐有機胂的能力及對砷的累積存在差異。開展盆栽實驗,以南方典型水稻天優(yōu)116、廣優(yōu)116、天豐B、粵晶絲苗2號和黑米5個品種為研究對象,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,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)砷含量高低順序為根葉莖穗。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(這3種水稻總砷含量無顯著性差異),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。為此選擇天優(yōu)116和粵晶絲苗2號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)有機胂對水稻種子萌發(fā)的影響。以南方典型水稻黑米、天優(yōu)116和粵晶絲苗2號3個品種為試驗材料,開展了5個不同濃度ASA和MMA脅迫下水稻種子的發(fā)芽試驗。結(jié)果表明,高濃度的2種有機胂均顯著抑制了水稻種子的萌發(fā)、胚芽鞘和根生長及生物量的積累,且隨著胂濃度的升高抑制作用增加。2種有機胂在25 mg/L時對不同品種水稻種子發(fā)芽的影響不同。由此可知,即使有機胂毒性較低,高濃度仍會抑制水稻種子的發(fā)芽。4、探討了不同品種水稻對不同形態(tài)有機胂的動態(tài)歸趨特征。通過開展盆栽試驗,考察了在5個不同濃度ASA和MMA處理下,水稻天優(yōu)116和粵晶絲苗2號不同生長期(分蘗期、灌漿期和成熟期)各組織中砷的動態(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號葉外)含量均相應升高,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:有機胂無機砷。MMA處理的2種水稻3個生長期均檢出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)。對照組僅檢出As(Ⅲ)和As(V)。由此可得,水稻生長過程中通過根系吸收的有機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ASA和MMA的代謝途徑不同有關(guān)。5、研究了水稻對有機胂脅迫的抗氧化響應特征。通過水培實驗,研究了黑米、天優(yōu)116和粵晶絲苗2號3種水稻幼苗期在生理水平上對ASA和MMA的抗氧化響應特征。結(jié)果表明,50 mg/L ASA處理可促進黑米和天優(yōu)116地上部生長,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)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(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處理可促進黑米地下部生長,而隨著MMA處理濃度的增加,3種水稻地上部和地下部生長均受抑制,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)對不同形態(tài)有機胂脅迫響應不同,弱脅迫時水稻能通過增強抗氧化系統(tǒng)來防御有機胂脅迫造成的損傷,表現(xiàn)出較強的自我調(diào)節(jié)和抗胂脅迫能力;強脅迫時水稻體內(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、闡釋了硅對水稻幼苗有機胂脅迫的生理緩解作用機制。通過開展水培試驗,考察了施硅緩解苗期水稻(黑米、天優(yōu)116和粵晶絲苗2號)遭受ASA和MMA毒害影響的生理作用機制。結(jié)果表明,100 mg/L(以As計)的ASA和MMA均會對水稻產(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ASA(MMA)的吸收,促進水稻生長使得水稻抗性增強。本研究結(jié)果為施用硅肥緩解水稻有機胂脅迫和減少水稻對有機胂的吸收提供理論依據(jù)。
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X503.231;S511
【圖文】：

究選擇流動相的 pH 為 5。2.3.3.4 流動相流速的優(yōu)化流動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、柱壓等指標來看，當流速為 0.8 mL/min 時5 種砷形態(tài)的出峰時間均增加，而且峰形變寬。當流速為 1.5 mL/min 時，由于出時間減小，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，若遇到復雜基質(zhì)或色譜柱分離性能下降而可能會導致這 3 個峰不能離。當流速為 1.0 mL/min 時，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，進行實驗，獲得的色譜圖見圖 3.1。

華中農(nóng)業(yè)大學 2018 屆博士研究生學位（畢業(yè)）論文從表 2.7 各形態(tài)的檢測結(jié)果可以看出，根據(jù)盆栽實驗條件獲得的稻米中 As 主要以As(III)形式存在，對應的含量為0.701 mg/kg ~ 1.206 mg/kg，其次為DMA和MMA，對應的含量分別為 0.978 mg/kg ~ 2.177 mg/kg 和 0.420 mg/kg ~ 0.611 mg/kg。盆栽實驗獲得的水稻莖和葉中均能檢測出 As(Ⅲ)、DMA、MMA、As(Ⅴ)和 ASA 5 種砷形態(tài)。由于盆栽實驗是添加 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】

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本文編號：2726953