水稻砷中毒探討徐大穩(wěn)

水稻砷中毒下鐵解毒的機(jī)理探討徐大穩(wěn)摘要：為了研究無機(jī)砷對水稻的生長的影響，本次實(shí)驗(yàn)以田間水稻為實(shí)驗(yàn)材料，采用了水培植的方法研究了水稻在一定的砷含量下鐵解毒劑解毒后的形態(tài)學(xué)指標(biāo)（株高，花粉粒，稻穗），以及其他指標(biāo)（蒸騰速率，光合作用）研究表明，無機(jī)砷對水稻的生長有抑制作用，而鐵則對砷有解毒作用，隨著含量的加大，解毒作用愈加明顯。關(guān)鍵詞：無機(jī)砷解毒劑前言：砷是一種具有強(qiáng)毒性的環(huán)境污染物，而鐵則是無毒的常見金屬，今年來，隨著田間的農(nóng)藥的用量的增加，砷污染越來越嚴(yán)重，從而導(dǎo)致了水稻的生長不良，影響水稻株高，導(dǎo)致水稻見穗速度的變慢，花粉粒的形成和成活率降低，蒸騰速率和光合作用速率降低等一系列不良作用。本研究以含砷土壤來種植水稻，改變土壤中解毒劑鐵的濃度，探求了不同鐵含量的土壤種植下的水稻的形態(tài)學(xué)的不同一、材料與方法1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1.1含砷土壤的制備：從田間挖取15kg的土壤（含水），土壤用桶盛放，共15桶，分別標(biāo)記為0-10-20-31-11-21-32-12-22-33-13-23-34-14-24-3，分別向其中加入Na3AsO4·12H2O，（Mr=424As%=17.3%）,并使砷含量為25mg/15kg。1.2含鐵解毒劑土壤的制備：將32.4g鉀試劑溶于1500ml水中，混合均勻后向每一盆中加入100ml含鉀的溶液，從而保證正常生長，然后按照鐵的濃度梯度為050100150200mg/kg的濃度梯度依次向各盆中加入相應(yīng)量的FeCl3.6H2O(Mr=270.29W%=20.7%)，最后將22.5g尿素溶于1500ml水中分為15份加入各盆中。1.3稻穗標(biāo)記：將已經(jīng)見穗的稻穗標(biāo)出，用記號(hào)筆劃出1.4新葉標(biāo)記：記下新葉相對于老葉的位置，用記號(hào)筆劃出2.水稻稻穗生長測定2.1記錄見穗的水稻后，隔天觀測稻穗是否長成，并記錄下所需的時(shí)間2.2每天觀察稻穗的生長情況，并觀察時(shí)候有畸形的稻穗產(chǎn)生，記錄下來3.花粉活性的測定：花粉活性是衡量水稻健康生長的一個(gè)重要的指標(biāo)，本次研究過程中，要求采集新鮮的花粉，并保存于乙醇溶液中，然后再顯微鏡下觀測花粉的生成情況4.葉片光合作用和蒸騰作用的測定：葉片的光合作用和蒸騰作用的大小也是衡量水稻生長狀況的一個(gè)重要的指標(biāo)，測出各實(shí)驗(yàn)對象在相同日光作用下的光合強(qiáng)度和蒸騰作用強(qiáng)度，并做比較5.葉片生長情況測定：用相機(jī)拍下各個(gè)對照組在同一時(shí)間下的葉片形態(tài)，表明組別6.新葉生長高度測定二、結(jié)果與分析1.稻穗見穗時(shí)間分析各組水稻稻穗成長時(shí)間如下表所示表1鐵解毒劑作用下稻穗生長所需時(shí)間表6月116月126月136月146月156月166月176月18編號(hào)見穗完成見穗完成見穗完成見穗完成見穗完成見穗完成見穗完成見穗完成0-1③③⑥⑥0-2⑥0-3②③②⑤③⑥⑥1-1①④①⑤1-2①②④①②1-3②③④②③2-1①②（兩個(gè)）①（死）④②⑤⑤2-2③⑤③⑥2-3①①⑥3-1③⑤③⑥⑥3-2③（兩個(gè)）④③⑥④3-3②④②⑤⑥4-1②④②⑥4-2②④②4-3①③（兩個(gè)）①③（序號(hào)表示在該日期出現(xiàn)了見穗并在該天標(biāo)記序號(hào)）從表中可以看出，經(jīng)過組內(nèi)比較，初次見穗到稻穗長成需要三天時(shí)間，但是隨著時(shí)間的推移，第二批見穗的所用的時(shí)間普遍為兩天，可見，鐵對砷中毒水稻的解毒需要時(shí)間，鐵對砷中毒水稻的解毒機(jī)制為，根表鐵膜可通過氧化還原作用改變介質(zhì)中砷的存在形態(tài),將毒性很強(qiáng)的As(Ⅲ)轉(zhuǎn)化為毒性較弱的As(Ⅴ),這個(gè)過程需要時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)，因此表現(xiàn)在第二批見穗稻穗上較為明顯。而經(jīng)過組間比較，初次見穗到稻穗長成所需的時(shí)間均為三天，第二批所需的時(shí)間也大體為兩天，可見，鐵解毒劑的濃度對其解毒作用的影響相對不大，抑或在相對小的濃度下鐵已經(jīng)可以完成解毒作用，過量的鐵產(chǎn)生的效果并不明顯2.水稻稻穗的畸形情況分析小組在觀測過程中，發(fā)現(xiàn)0-10-3組的葉子有白化現(xiàn)象出現(xiàn)，該現(xiàn)象表明，該濃度的砷的脅迫下，水稻根部向葉片的蛋白質(zhì)的運(yùn)輸受到了影響，葉片缺少相應(yīng)的影響物質(zhì)以維持生長，從而出現(xiàn)了白化的現(xiàn)象3.花粉活性分析測定各個(gè)實(shí)驗(yàn)對象的花粉中黑色和黃色以及畸形粒的個(gè)數(shù)情況如下表所示表2水稻花粉活性表編號(hào)黑（個(gè)）黃（個(gè)）畸形（個(gè)）成活率花粉未形成概率畸形率0-1112301073.68%19.74%6.58%7222672.00%22.00%6.00%12613985.14%8.78%6.08%0-25810579.45%13.70%6.85%75261266.37%23.01%10.62%4130752.56%38.46%8.97%0-3404188.89%8.89%2.22%806191.95%6.90%1.15%705290.91%6.49%2.60%1-1875391.58%5.26%3.16%90702748.13%37.43%14.44%6020471.43%23.81%4.76%1-2301722613.16%75.44%11.40%4312374.14%20.69%5.17%6720771.28%21.28%7.45%1-392782347.67%40.41%11.92%56471846.28%38.84%14.88%68562246.58%38.36%15.07%2-111228676.71%19.18%4.11%7018376.92%19.78%3.30%12626580.25%16.56%3.18%2-211418782.01%12.95%5.04%6335163.64%35.35%1.01%8840367.18%30.53%2.29%2-3552391.67%3.33%5.00%644291.43%5.71%2.86%663391.67%4.17%4.17%3-182261566.67%21.14%12.20%56562740.29%40.29%19.42%32592727.12%50.00%22.88%3-211239870.44%24.53%5.03%12144770.35%25.58%4.07%6926469.70%26.26%4.04%3-311489654.55%42.58%2.87%9286650.00%46.74%3.26%9595947.74%47.74%4.52%4-19623577.42%18.55%4.03%8811584.62%10.58%4.81%9415582.46%13.16%4.39%4-28222376.64%20.56%2.80%6120273.49%24.10%2.41%4813177.42%20.97%1.61%4-3423191.30%6.52%2.17%372094.87%5.13%0.00%453093.75%6.25%0.00%（表中所示為載玻片上某一視野下的花粉粒狀況，黑色表示成熟花粉粒，黃色表示花粉粒發(fā)育受阻，畸形則表示花粉粒形成是畸形）由于每次視野下的花粉粒的數(shù)量不同，故黑色黃色以及畸形的花粉粒的數(shù)量也不同，但換算成相應(yīng)的百分比后可以反映花粉的狀況。按照花粉成活率作出趨勢表，除去表中偏離值后取平均值作出表3表3花粉粒成活率趨勢表如圖所示，花粉粒成活趨勢逐漸增大，高濃度的砷脅逼下，花粉粒的形成受阻，在鐵解毒劑作用下，中毒癥狀得到緩解，從而成活趨勢升高，可以看出，在理想的解毒狀態(tài)下，花粉的成活概率還將升高4.葉片光合作用和蒸騰作用測定在相同的日光條件下測得的光合蒸騰速率如下表所示表4光合作用蒸騰作用表ObsHHMMSSPhotoCondCiTrmmolVpdLCTleafAreaininoutoutoutoutoutoutin108:32:4616.91080.356222280.93145.1285821.5268230.420134.8208:35:3318.70660.547867299.88826.5547971.33421430.015414.8308:37:4317.169240.465057295.21466.1223661.44985930.783155.4408:39:3419.576980.780927310.62377.5664341.16139530.262195.4508:40:5418.577560.670512309.14927.3261441.27243230.485925.4608:41:5919.088970.759684313.3827.8538521.23262130.34745.4708:43:4220.125580.713205308.07988.6085371.40966731.055695.1808:45:3820.076790.570382297.58517.6439321.50926231.092295.1908:46:3717.569340.509998301.11597.1337231.55029131.187795.11008:47:5220.567030.687282303.74028.4444991.4078730.791574.51108:48:5218.161290.638976304.73037.758041.39205930.88025.11208:49:4819.019160.607824297.18077.5135451.40590330.897225.11308:50:4421.857520.734959295.51758.0807151.29203530.625725.11408:51:4821.3350.632824285.94587.0196121.29860730.7148861508:52:5820.237730.603945295.17938.0717131.50060131.073934.51608:53:4418.677880.604203301.2457.9370951.47533530.95184.51708:55:0221.297230.733594304.23138.0298851.27732630.377784.81808:56:6019.893030.653831298.19937.6073531.34836430.912275.41908:58:2919.523590.720886301.91587.4841831.23550930.503815.72008:59:3621.89330.622748287.65427.6673431.40637630.788195.1其中凈光合作用趨勢如圖所示表5凈光合作用圖（其中系列1、2、3、4分別表示重復(fù)測試4次的光合作用趨勢）從表中可以看出，每單位面積的葉片的光合作用的速率呈上升的趨勢，且上升趨勢與鐵含量一致，由此可以看出鐵對砷中毒的水稻確有解毒作用，解毒機(jī)理可能是提高葉片光合作用的活性，保證水稻的能量供給表6蒸騰速率表（其中系列1、2、3、4分別表示重復(fù)測試4次下的蒸騰速率趨勢）由上表可以看出，蒸騰速率的趨勢也趨于上升，與鐵含量的上升一致，因此鐵解毒劑對砷脅迫下蒸騰速率的提高有效果，其效果隨著鐵的濃度的提高呈上升趨勢5.稻穗葉片生長測定上述四組圖分別表示不同組的稻穗的生長狀況，從圖中可以看出，不同組之間稻穗的葉片顏色和形態(tài)相隔不大，可能砷中毒后的水稻在葉片形態(tài)上表現(xiàn)不明顯所致6.葉片生長高度測定表7稻穗葉片生長高度表編號(hào)生長高度（厘米）0-110.513.00-210.50-39.510.512.51-110.512.51-29.513.01-311.012.02-111.010.52-210.510.59.52-311.012.53-19.410.33-211.010.011.03-310.311.711.34-111.216.010.34-210.011.010.04-311.412.6列出生長高度趨勢表如圖表8葉片生長高度趨勢圖由圖可以看出，葉片生長高度大體一致，不同濃度的鐵解毒后產(chǎn)生的效果在葉片生長高度上體現(xiàn)的不是很明顯三、研究結(jié)論砷中毒后的水稻在形態(tài)學(xué)如葉片生長高度，抽穗快慢，以及蒸騰作用，光合作用，花粉粒存活率上表現(xiàn)與健康的水稻不同，不同濃度的解毒劑鐵對砷中毒的水稻有解毒作用，其解毒效果與濃度相關(guān)，一定范圍內(nèi)，濃度越大，解毒效果越明顯參考文獻(xiàn)楊桂娣王海斌陳榮山牛變紅劉琳何海斌林文雄不同價(jià)態(tài)無機(jī)砷脅迫下水稻秧苗的營養(yǎng)生理與分子響應(yīng)，中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)2009年11月第17卷第6期2．廖曉勇陳同斌謝華等.磷肥對砷污染土壤的植物修復(fù)效率的影響:田間實(shí)例研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2004,24(3)455?4623．陳學(xué)萍朱永官洪米娜王新軍不同施肥處理對水稻根表鐵和砷形態(tài)的影響環(huán)境化學(xué)第27卷第2期4．沈丹鋒李建琴戚鉆鋒吳春雷邵文捷砷毒田對水稻的危害及其后續(xù)影響上海農(nóng)業(yè)科技2008-15．張靜常青曉杜彥修李俊周趙全志硅、硫?qū)λ旧槲?、積累的影響研究進(jìn)展