根表铁膜的形成和添加硒对水稻吸收转运无机汞和甲基汞的影响
水稻不同生育期对硒吸收累积及铁膜的吸附特性
水稻不同生育期对硒吸收累积及铁膜的吸附特性张城铭;周鑫斌;高阿祥【摘要】采用盆栽试验方法,研究不同生育期水稻各部位对硒的吸收累积及根表铁膜对水稻吸收积累硒的影响机制.结果表明:水稻营养器官生物量在拔节期积累最快,不同时期营养器官中硒含量不同,根中的硒在拔节期达到最大,根和茎中的硒在灌浆期和成熟期被转运至其他部位.水稻各组织中约50%的硒在拔节期和孕穗期被吸收,小穗吸收总硒的47.22%且是在孕穗期完成的,说明这两个时期对于水稻硒吸收累积非常关键.铁膜中硒占总硒的比例在幼苗期高达73.63%,是同时期茎中硒所占比例的4.87倍.随着生育期的推进,铁膜中硒所占比例显著递减,在成熟期降低至20.02%,同时期茎中硒占总硒的比例为65.42%.这表明,根表铁膜在水稻整个生长周期内通过吸附作用使其表面能够富集一定量的硒,在水稻生育后期,当土壤溶液中硒含量较少时,根表铁膜可能会作为一个硒源,吸附在根表铁膜中的硒重新被水稻所利用,铁膜在水稻硒吸收转运的过程中扮演了"缓冲器"的角色.明确不同生育期根表铁膜对水稻硒累积特性,在生产管理中可在不同生育期采取措施提高稻田硒生物有效性,从而为进一步提高农产品中硒含量提供科学依据.%[Objective]Rice is a staple food for the people in China,so it is feasible to improve effectively the status of the Chinese people being generally insufficient in intake of selenium by increasing the content of selenium in rice grains. Therefore,it is of great practical significance to the country to study characteristic of Se absorption and accumulation by rice,to define critical periods of the crop absorbing and accumulating selenium,hence to effectively regulate Se intake with daily diet. Rice is a species of hydrophyte,growing for a long time in fields flooded with water,where poor in areation,the crop has awell-developed aerenchyma formed at the root,to adapt itself to the anaerobic environment. The aerenchyma releases oxygen into the rhizosphere of the rice,which acts jointly with rhizosphere microorganisms to form a thin layer of"iron coating"on the surface of the root. The coating readily adsorbs selenium,thus lowering its bio-availability. As the researches in the past focused mainly on kinetics of Se absorption by rice at the seedling stage and impact of the iron coating on Se absorption and transfer,little has been reported on Se absorption and accumulation by rice at different growth stages,and impact of the iron coating on rice root on Se absorption and accumulation in the whole growth period. [Method]A pot experiment was carried out to study Se absorption by rice at various growth stages and accumulation in various parts of the plant, and mechanism of the iron coating on rice root surface affecting Se absorption and accumulation. [Result]Results show that the jointing stage was the period of time when the nutritive organs of rice grew and accumulated the rapidest in biomass to store adequate nutrients for the growth of reproductive tissues of the rice at the next growth stage,namely,booting stage. Se content in the nutritive tissues varied with growth stage,and peaked in the root at the jointing stage. Se in the root and stem was transported to the other parts of the rice at the booting and maturing stages. About 50% of the selenium in the various tissues was absorbed by the plant at the jointing and booting stages,and 47.22% of the total selenium in the spikelets was filled up at the booting stage. Obviously,jointing and booting stages are the two critical periods for theplant to absorb and accumulate selenium in. Se content in the iron coating peaked at the seedling stage,accounting for 73.63% of the total in the plant,which was 4.87 times that(15.12%)in the stem. As the plant grew,Se content in the iron coating declined significantly down to 20.02% in proportion at the maturing stage,while Se content in the stem reached 65.42%,which shows that in the entire life cycle of rice,the iron coating on the root surface is able to accumulate a certain amount of selenium through sorption and serve as a Se source for the plant at the late growth stages,when soil solution contains less selenium. The selenium adsorbed to the iron coating can be absorbed and transported by the plant to its shoots. So the iron coating on the root surface plays a role of"buffer"in the process of Se absorption and transport. [Conclusion]By illustrating Se absorption and accumulation by rice varying with growth stage,this study has defined that the jointing and booting stages are the two critical periods for the crop to absorb and accumulate Se in and the iron coating on the root surface plays a role of"buffer"in Se absorption and accumulation of rice. All the findings in this study may have certain theoretical and practical significance in producing selenium-rich rice grains.【期刊名称】《土壤学报》【年(卷),期】2017(054)003【总页数】10页(P693-702)【关键词】水稻;生育期;硒;根表铁膜【作者】张城铭;周鑫斌;高阿祥【作者单位】西南大学资源环境学院,重庆 400716;西南大学资源环境学院,重庆400716;西南大学资源环境学院,重庆 400716【正文语种】中文【中图分类】S143.7+1硒是一种人类必需的微量营养元素，以硒蛋白的形式参与体内抗氧化作用［1］。
根表铁锰膜对不同生育期水稻吸收和转运As的影响
根表铁锰膜对不同生育期水稻吸收和转运As的影响胡莹;黄益宗;黄艳超;刘云霞【摘要】采用土壤盆栽试验法,研究不同生育期水稻根表铁锰膜形成及其对As吸收和转运的影响.结果表明,两个水稻品种YD6和NK57均在分蘖期形成的铁锰膜量最多,成熟期形成的铁锰膜量最少.水稻根系和茎叶吸收积累As随着水稻不同品种和不同生育期变化较大,As的吸收和积累与铁锰膜形成存在相关性.与分蘖期相比,YD6和NK57成熟期根系As含量分别减少81.6％和62.1％.孕穗期YD6和NK57茎叶As含量分别比分蘖期减少86.4％和65.5％,比成熟期减少87.8％和67.1％.分蘖期水稻根系和茎叶As含量与DCB-Fe或DCB-Mn浓度均呈显著的负相关关系,而孕穗期水稻根系和茎叶As含量与DCB-Fe浓度呈显著的正相关关系,说明不同生育期铁锰膜对水稻植株吸收和转运As的影响不同.两个水稻品种不同生育期,As均主要富集和分配在根表铁锰膜中,铁锰膜中As的分配比率达62.9％～84.9％.NK57从根表铁锰膜、根系和茎叶向籽粒转运As的能力比YD6强,籽粒中As含量是YD6的2.1倍.结果表明可以通过选育As低积累和低转运的水稻品种,来降低污染地区As对人体健康的威胁.【期刊名称】《生态毒理学报》【年(卷),期】2013(008)002【总页数】9页(P163-171)【关键词】土壤;水稻;不同生育期;砷;根表铁锰膜【作者】胡莹;黄益宗;黄艳超;刘云霞【作者单位】中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京100085;中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京100085;中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京100085;中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京100085【正文语种】中文【中图分类】X171.5;R994.6我国不仅是大米的主要生产国，也是大米的消费大国。
根表铁膜对水稻铅吸收转运的影响
根表铁膜对水稻铅吸收转运的影响胡莹;黄益宗;黄艳超;刘云霞【摘要】通过温室土壤盆栽试验研究不同生育期水稻根表铁膜形成对水稻吸收和转运Pb的影响.结果表明,两种水稻根表铁膜形成量(以DCB-Fe含量计)及铁膜中吸附的Pb量均随着生育期的延长而减少.水稻根表铁膜Fe含量与铁膜吸附的Pb量呈显著的正相关关系(r=0.798,p＜0.01).水稻根系和茎叶吸收积累Pb随着不同品种和不同生育期而变化.品种NK57籽粒Pb含量显著高于品种YD6,前者为后者的1.9倍.从富集系数和分配比率来看,Pb主要富集在水稻的铁膜和根系中,而积累在茎叶和籽粒中的比率较少.Pb从水稻根表铁膜、根系和茎叶向籽粒中的转运系数在两个水稻品种间差异均不显著.水稻分蘖期和孕穗期根表铁膜量与根系Pb含量均呈显著的正相关关系(p＜0.05),但是成熟期水稻根表铁膜量与根系、茎叶和籽粒中Pb 含量相关性均不显著,说明根表铁膜形成对水稻分蘖期和孕穗期吸收积累Pb有一定影响,但对水稻成熟期根系、茎叶和籽粒吸收积累Pb影响不大.【期刊名称】《生态毒理学报》【年(卷),期】2014(009)001【总页数】7页(P35-41)【关键词】土壤;Pb;水稻;根表铁膜;生育期【作者】胡莹;黄益宗;黄艳超;刘云霞【作者单位】中国科学院生态环境研究中心,北京,100085;中国科学院生态环境研究中心,北京,100085;中国科学院生态环境研究中心,北京,100085;中国科学院生态环境研究中心,北京,100085【正文语种】中文【中图分类】X171.5铅(Pb)对人类健康的危害已日益引起人们的关注，尤其是正处于生长发育期的儿童，更易受到Pb的危害[1]。
环境中Pb含量过高是造成人们Pb中毒的根本原因，含Pb污染物通过污水灌溉、污泥利用、农药化肥施用、大气沉降等途径进入到土壤环境中，造成严重的土壤Pb污染。
Pb在土壤中溶解度小，滞留时间长，是一种不可降解的环境污染物，在土壤中积累后，不仅影响农作物的产量和品质，而且可通过食物链途径影响人体的健康[2]。
土壤中砷含量的标准
土壤中砷含量的标准：一级土壤环境质量标准规定土壤砷含量≤15mg/kg，三级标准应≤30mg/kg硫酸亚铁、硫酸锌加氮肥、氯化镁等可减轻砷对水稻的毒害。
一般磷肥可减轻砷毒害而含砷较多的磷肥有时加重砷毒害。
大米中砷和镉含量的测定，我用的是两种分析方法，一种是ICP-MS法，一种是用原子荧光测砷，原子吸收石墨炉法测镉，原子吸收石墨炉法测镉与ICP-MS法检出来的结果差不多，可是用原子荧光法测砷只有ICP-MS法检测结果的一半（包括大米的质控样也一样），带了大米的标物分析，ICP-MS法检测出的结果较满意，与质控样的数值相吻合，这样原子荧光法测砷就不准了，同样用微波消解一起消解处理了，ICP-MS法做质控样准确了，因此可排除消解处理过程的不准确性了，这样问题只有出在原子荧光法测砷的过程了，原子荧光法测砷做出来的标线也很好的，稻是我国乃至亚洲的主要粮食作物之一。
世界上90％的水稻产自亚洲，而在亚洲一些国家(如孟加拉国、中国(包括台湾)、泰国等)的稻米主要生产区，土壤和地下水已遭受到较为严重的砷污染。
土壤中的砷可以通过秸秆和稻米经食物链进入人体，直接或间接危害着人体健康。
近年来，针对水稻吸收及转运砷的问题国内外已有一些报道，然而，这些研究都忽略了一个重要环节—水稻特殊的根际环境效应。
而水稻根表自然形成的铁氧化物膜(铁膜)作为根际不可分割的一部分，以及砷等污染物进入根系的门户，对砷的迁移、吸收和在组织中的累积有何作用及作用程度如何?目前国内外有关的研究尚少，这也正是本论文主要研究的问题。
本研究采用不同的培养系统研究了水稻根表形成的铁膜对砷吸收和转运的作用机制。
(1)根表铁、锰氧化物膜对水稻吸收和转运砷的影响在诱导铁、锰膜12小时后，水稻根表出现了明显的红棕色铁膜，但锰膜形成的数量相对较少。
当营养液中供应的砷为五价砷(As(Ⅴ))时，铁膜上砷的富集量远高于对照和锰膜处理，并且也明显高于三价砷(As(Ⅲ))处理。
植物根表铁膜的形成及其营养与生态环境效应
植物根表铁膜的形成及其营养与生态环境效应
植物根表铁膜的形成及其营养与生态环境效应
植物根表铁膜是指一种复合物，它形成在植物根表面，由若干个化学物质和生物物质组成，如细菌，植物类黄酮，多糖，蛋白质，脂肪酸，钙，磷和镁等。
它通常根据植物及其环境需要而有不同种类形成，是植物对外界环境进行反应和适应的主要物质之一。
植物根表铁膜的形成可受气候，土壤条件，植物类型和施肥等因素影响，其组成成分也会发生变化。
根表铁膜会促进植物生长，包括增加根系生长，增加有效阳离子的可利用性，促进氮磷溶液的保持，抗寒性的改善等。
此外，植物根表铁膜在植被恢复和环境保护方面也有重要作用，它可以影响根表土壤的风蚀性，可以帮助植物吸收更多的水分，确保土壤的肥力，保护植物免受气因子的损害，保护植物免受重金属污染，改善生态环境，增加土地的肥力，恢复植物的营养缺陷等。
总之，植物根表铁膜的形成有助于植物的生长，并且它有很多作用，为植物提供营养，改善生态环境，有利于环境保护，这一切都使植物根表铁膜发挥了重要的作用。
汞和硒的生理作用及其环境影响
汞和硒的生理作用及其环境影响汞和硒是化学元素中具有重要生理作用和环境影响的代表。
本文将介绍汞和硒的生理作用，并探讨它们对环境的影响。
一、汞的生理作用汞是一种对生物具有毒性的元素，但同时也具有一定的生理作用。
汞在自然界中以无机汞和有机汞形式存在。
无机汞主要以氧化态汞和还原态汞的形式存在，而有机汞则主要以甲基汞化合物的形式存在。
1. 无机汞的生理作用无机汞对人体的生理作用主要体现在其与硫酰基的反应，影响体内的硫酰酶、酸性磷酸酶等酶的活性，干扰细胞内的氧化还原过程。
这可能导致多种生物学功能紊乱，并可能对神经、消化、呼吸和泌尿系统等器官产生损害。
2. 有机汞的生理作用有机汞中，甲基汞是最为常见的一种形式。
甲基汞是一种强大的神经毒性物质，它对中枢神经系统的毒性作用较为突出。
甲基汞可通过血脑屏障进入中枢神经系统，干扰神经传导，损害神经元，导致神经行为异常，影响智力发育。
二、硒的生理作用相比于汞，硒是一种对生物非常重要的微量元素，它在人体中具有许多重要的生理功能。
1. 抗氧化作用硒是人体重要的抗氧化物质之一，它具有抗氧化作用，可抑制自由基的产生和脂质过氧化的发生，保护细胞免受氧化应激的损伤。
2. 免疫功能硒对于免疫系统的正常功能发挥起着至关重要的作用。
硒可以调节免疫细胞的增殖和分化，增强人体的免疫功能，提高抗病能力。
3. 防治癌症硒对于癌症的防治具有重要意义。
硒化合物可以通过不同途径抑制肿瘤细胞的生长和扩散，同时对于一些化疗药物具有协同作用，提高疗效。
三、汞和硒的环境影响汞和硒的存在对环境产生重要影响，对自然界及人类健康构成一定风险。
1. 汞的环境影响工业和燃煤过程是汞污染的重要来源。
汞进入水体后可能发生生物放大作用，进入食物链并逐渐积累在水生生物体内。
鱼类等海洋生物是汞积累的主要途径，人类摄入汞污染食物后，可能对神经系统、免疫系统和生殖系统等造成损害。
2. 硒的环境影响过度施用含硒化肥、废水排放以及煤烟排放等是导致环境中硒浓度升高的重要因素。
根表铁膜对水稻吸收转运稀土元素Ce的影响
根表铁膜对水稻吸收转运稀土元素Ce的影响潘华华;金姝兰;黄益宗;胡莹;王斐;李季;向猛;张地生【摘要】采用溶液培养的方法探讨根表铁膜形成对水稻吸收积累和转运稀土元素Ce的影响.结果表明,Ce污染胁迫可抑制水稻根表铁膜的形成,根表铁膜吸附的Ce量随着溶液中Ce浓度的提高而增加.根表铁膜形成可降低水稻根系但提高水稻茎叶对Ce的吸收积累.当溶液中Ce浓度为0.1、0.5和1.0 mmol· L-1时,铁膜诱导组水稻根系Ce含量分别比非诱导组水稻根系Ce含量降低38.60％、45.94％和32.75％,诱导组水稻茎叶Ce含量分别比非诱导组水稻茎叶Ce含量提高42.37％、28.87％和22.62％.根表铁膜形成可影响Ce在水稻植株中的富集和转运能力.非诱导组水稻根系富集Ce的能力远大于茎叶.诱导组水稻根系对Ce的富集能力最强,其次是根表铁膜,最后是水稻茎叶.诱导组水稻根系Ce转运系数显著大于非诱导组的根系,说明根表铁膜形成可促进水稻根部Ce向茎叶中转运.可见,根表铁膜对水稻吸收转运稀土元素的影响机理比较复杂.【期刊名称】《生态毒理学报》【年(卷),期】2016(011)004【总页数】8页(P130-137)【关键词】Ce;水稻;根表铁膜;转运;富集系数【作者】潘华华;金姝兰;黄益宗;胡莹;王斐;李季;向猛;张地生【作者单位】上饶师范学院,上饶334000;上饶师范学院,上饶334000;农业部环境保护科研监测所,天津300191;中国科学院生态环境研究中心,北京100085;中国科学院生态环境研究中心,北京100085;中国科学院生态环境研究中心,北京100085;中国科学院生态环境研究中心,北京100085;上饶师范学院,上饶334000【正文语种】中文【中图分类】X171.5Received 11 January 2016 accepted 25 February 2016稀土元素因其独特的磁、光、电等优越性能，成为传统产业及高新技术、国防尖端技术等产业生产不可或缺的元素。
不同生育期水稻根表铁膜的形成及其对水稻吸收和转运Cd的影响_胡莹
进行，以确保测定的准确度。
表 1 供试土壤的基本理化性质及重金属含量 Table 1 Basic physical and chemical properties and total Fe，Cd
concentrations in the tested soil
土壤性质 pH 值（H2O） 有机质 OM/g·kg-1 阳离子交换容量 CEC/cmol·kg-1 总铁含量/g·kg-1 总镉含量/mg·kg-1
第230213卷年第31月期 胡 莹，等：不同生育期水稻根表铁膜的形成及其对水稻吸收和转运 Cd 的影响
433
随着工农业的快速发展，人为活动导致 Cd 等重 金属大量地被释放到环境中，这主要包括工业废水的 排放、污泥农用、废水灌溉、污染粉尘沉降、化肥和农 药的施用等造成农田土壤 Cd 等有毒重金属含量急
1.1 供试水稻
保持淹水状态。在水稻分蘖期、孕穗期和成熟期中，每
两种水稻（Oryza sativa L.）品种 YD6 和 NK57 来 种水稻分别收获 4 盆用于样品的分析和测定。
自南京农业大学。挑选籽粒饱满、均匀的水稻种子用 1.4 样品的制备与分析
30%的 H2O2 消毒 10 min，再用去离子水清洗 2~3 次 后播种到湿润的珍珠岩中培养 3 周。选取生长一致
剧增加。土壤重金属不易被微生物分解，但可被带电 苗进行盆栽试验。
的土壤胶体颗粒所吸附，因此表现为持久性的污染特 1.2 供试土壤
征[1]。中国是水稻的主要生产区，也是大米的消费区，
土壤采自湖南省株州市新马村 Cd 污染稻田，土
全国 60%以上的人口以稻米为主食，Cd 通过食物链 壤经风干、研磨、过 2 mm 筛，保存备用。土壤基本理
收稿日期：2013－01－10 基金项目：国家重金属污染治理专项“广西环江县大环江流域土壤重金属污染治理工程项目”、中国科学院院地合作项目“江西省典型矿区及周边
重金属污染对水稻生长及粮食品质的影响研究
重金属污染对水稻生长及粮食品质的影响研究近年来，重金属污染已经成为了环境保护和人类健康的重要议题之一。
据统计，全球约有3亿人受到重金属污染的影响，而重金属污染对农业生产也有着不小的影响。
特别是对于水稻这种重要的粮食作物，重金属污染可能会影响其生长和粮食品质，给农业生产带来巨大的影响。
水稻是许多亚洲国家的主要粮食作物，包括中国在内。
重金属污染对水稻生长的影响是由于其在灌溉、施肥和田间管理等环节中过量使用劣质肥料和化学物质而产生的。
重金属在土壤中长期积累，会对水稻生长产生不良影响。
例如，铅、镉、汞等重金属，会堵塞细胞壁上的孔隙，影响水稻的光合作用和气体交换，降低光合效率。
同时，重金属会干扰水稻吸收营养，如水稻吸收铁的能力。
这些都会直接导致水稻植株发育不良，减少水稻的产量和生长速度。
除了对水稻生长有不良影响外，重金属污染也可能会对水稻的粮食品质产生影响。
前人的研究表明，重金属在水稻种籽、稻米中的富集往往会导致水稻粮食中金属含量过高。
铅和镉等重金属超标对于人体健康具有慢性毒性和致癌性，长期食用重金属污染的水稻，会对人体健康造成潜在危害。
另外，超量的重金属含量也会导致水稻的口感和风味发生变化，影响到稻米的市场价值和消费者的需求。
针对这些问题，目前，一些国家已经开始积极探索解决方案。
一种方法是通过改进农作物种植方式和管理方法，减少重金属污染的产生。
比如，农民可以使用有机肥料，减少或避免使用化学肥料和农药，这样可以保证所种植的水稻不受到化学污染的影响。
另外，有些农业科技企业正在研发各种新型环保肥料和化学剂，为农民提供更安全和健康的选择。
另一方面，也有相关的学者从化学、生物、环境等多个领域展开基础研究，以更准确地了解重金属污染对水稻生长的影响和重金属的富集机制。
例如，通过研究水稻体内的非编码RNA的调控机制，分析水稻对于重金属的响应机制，为开发重金属抗性水稻提供科学依据和技术支持。
重金属污染对水稻生长和粮食品质的影响是一个系统性的问题，需要多方的参与和积极的探索。
不同地区土壤中分蘖期水稻根表铁氧化物的形成及其对砷吸收的影响
010021; 2 中国科学院生态环境研究 中心 , 北京 314016)
100085 ; 3 浙江大 学环境与
310029; 4 浙江省嘉兴市农业科学研究院 , 嘉兴
摘要 : 通过土壤盆栽试验研究了 14 种不同土壤中种植水稻后 , 其根表铁膜形 成量的情 况 , 及 其对苗期水 稻吸收和转 运砷的影 响 . 结果表明 , 生长在不同土壤 中的水稻其根 表铁膜的 形成量 有显著 的差 异 , 铁 膜形 成量 最大为 61 97 mg /g , 最小 仅为 1 15 m g /g , 分析表明土壤中非晶质态氧化铁含量的不同是其主要的影响因 素之一 . 同时测 定了根表铁 膜中砷的含 量 , 铁 膜上吸附 的砷浓度最大为 1 376 mg /kg , 最小低于检测 限 , 其与根 表铁膜形成量之间 存在着显著的正相 关性 ( r = 0 85 , n = 14, p < 0 05), 而与土壤溶 液中有效态 的砷浓度 无显著的相 关性 ; 水稻植株 地上部砷浓 度 ( 0 400~ 12 98 mg /kg) 和地下 部砷浓度 ( 3 860 ~ 576 2 mg /kg ) 与根表铁膜的形成量之间也都存在着显著的正相关性 ( r = 0 88 , n = 14, p < 0 05; r = 0 91, n = 14, p < 0 05), 与土 壤溶液中有效态的砷 浓度无显著的相关性 ; 水稻根系对 砷的吸收能 力 ( SAU, 0 005~ 0 670 m g /g ) 与根表 铁膜形成量 之间也 为显著的正相关性 ( r = 0 91 , n = 14, p < 0 05); 根表铁膜形成量与砷的转运之间无显著的 相关性 . 结果表明 , 在此次 试验中土 壤的非晶质态氧化铁的含量是 水稻根表铁膜形成的影响因素之一 , 根表铁膜的存 在成为了根际砷的富集库 , 起到了 促进根际 砷吸收的作用 , 但对砷的转运没有显著的影响 . 关键词 : 水稻 ; 铁膜 ; 砷 ; 吸收 ; 转运
两种通气组织不同的水稻品种根表铁膜的形成及砷吸收积累的差异
收稿日期：2009-05-19录用日期：2009-06-30基金项目：香港浸会大学裘槎环境科学研究所项目；基金委国际合作重大项目（No.20720102042）作者简介：杨婧（1984—），女，硕士，E -mail:6237033@ ；*通讯作者（Corresponding author ），E -mail:ygzhu@两种通气组织不同的水稻品种根表铁膜的形成及砷吸收积累的差异杨婧，胡莹，王新军，陈学萍，黄益宗，朱永官*中国科学院生态环境研究中心土壤环境研究室，北京100085摘要：采用土壤盆栽试验方法，比较了两种通气组织结构不同的水稻品种（扬稻6号和农垦57）根表铁膜的形成及其吸收积累As 的差异.结果表明，通气组织结构不同对水稻根表铁膜的形成及其对As 的吸收积累有显著影响.通气组织结构发达的扬稻6号根表铁膜数量和铁膜中As 含量均显著高于农垦57，扬稻6号根表铁膜量为431.53g ·kg -1，铁膜中As 含量达到220.2mg ·kg -1，分别是农垦57的1.3和1.7倍.发达的通气组织结构显著抑制了As 由水稻地下部到地上部的转运以及地上部对As 的吸收：扬稻6号地上部As 含量为10.77mg ·kg -1，显著低于农垦57（12.85mg ·kg -1）；扬稻6号对As 的转移系数（TF ）为0.067，仅为农垦57的73.6%.关键词：水稻；基因型；通气组织；铁膜；As 污染文章编号：1673-5897（2009）5-711-07中图分类号：X 171.5，Q 126.4文献标识码：ADifferences of Iron Plaque Formation and As Accumulation between Two Rice Cultivars with Different Aerenchyma TissueYANG Jing ，HU Ying,WANG Xin -jun ，CHEN Xue -ping ，HUANG Yi -zong ，ZHU Yong -guan *Department of Soil Environment,Research Center for Eco -Environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100085Received 19May 2009accepted 30June 2009Abstract ：Two rice cultivars,Yangdao 6with highly developed aerenchyma tissue and Nonken 57with less developed aerenchyma tissue were used to study the relationship between the aerenchyma structure and the amount of iron plaque in root surface,and the arsenic accumulation in the iron plaque and in rice tissues in a pot experiment.Results showed that the amount of iron plaque and arsenic concentration in iron plaque were significantly affected by the aerenchyma tissue.The amount of iron plaque and arsenic concentration in iron plaque in the root surface of Yangdao 6were significantly higher than those of Nongken 57.The amount of iron plaque and the arsenic concentration in iron plaque of Yangdao 6were 431.53g ·kg -1and 220.2mg ·kg -1,respectively,and were 1.3and 1.7times higher than those of Nongken 57,respectively.Developed aerenchyma tissue could restrain significantly the As translocation from root to shoot in rice plant and the As accumulation in rice shoot.Arsenic concentration in shoot of Yangdao 6was 10.77mg ·kg -1,and significantly lower than that of Nongken 57（12.85mg ·kg -1）.Arsenic translocation factor （TF ）of Yangdao 6was 0.067,and only 73.6%of TF of Nongken 57.Keywords ：rice ；genotypes ；aerenchyma tissue ；iron plaque ；arsenic contamination2009年第4卷第5期，711-717生态毒理学报Asian Journal of EcotoxicologyVol .4,2009No .5,711-717生态毒理学报第4卷1引言（Introduction）砷（As）是一种致癌物质，长期饮用高As水会导致慢性As中毒和癌症（Cullen and Reimer, 1989;Ng et al.,2003）.自然环境中的As多以与矿物（如：铜、铅、金等）结合的状态存在（Nriagu, 2002）.然而近年来，由于人为活动的影响（杀虫剂、粉煤灰、矿渣、饲料添加剂、半导体芯片及一些含As防腐剂等），使得大量的As释放到环境中，导致土壤和水体的As污染问题日益严重.在孟加拉地区，高浓度的含As地下水严重威胁着3000~ 4000万人的生命和健康（Smedley and Kinniburgh, 2002）.中国南方水稻田的研究同样显示，生长在As污染土壤中的水稻，其籽粒中可累积很高浓度的As（0.725mg·kg-1）（Xie and Huang,1998）.通气组织被看作是水稻在淹水条件下生长所必须的重要结构.它可以极大地降低空气在植物体内扩散的阻力，是氧由地上部运输到淹水的地下部的主要通道.对于在淹水条件下生长的植物来说，通气组织为氧气从地上部到地下部的传递提供了通道，为缺氧根系的呼吸作用提供了氧气（Teal and Kanwisher,1966;Arenovski and Howes, 1992）.同时这些氧气的存在，使得淹水土壤中大量存在的Fe（II）被氧化，聚集在水稻根表，形成两性胶体的铁（Fe）膜.研究表明，铁膜可大量吸附和固定土壤中的As，从而深刻影响As在土壤-水稻体系中的环境化学行为（刘文菊等，2008）.由于通气组织结构不同导致的根际放氧量不同，是否会造成水稻根表形成的铁膜不同？以及由此影响As 在的铁膜和水稻体内积累情况目前尚不完全清楚.本文选用了两种通气组织结构不同的水稻品种：扬稻6号（通气组织结构发达）和农垦57（通气组织结构不发达），研究通气组织结构对铁膜形成及As在铁膜和水稻体内的吸收和积累的影响，为今后筛选对As抗性不同的水稻品种并评价不同形态无机As的植物毒性提供参考.2材料与方法（Materials and methods）2.1供试土壤土壤采自湖南省郴州市的As污染的水稻土.土壤采回后经风干、磨碎、过筛2mm保存备用.土壤基本理化性质如下:总As69.6mg·kg-1（干土，以下同），pH 6.2，有机碳49.8g·kg-1，全Fe23.8g·kg-1，总N2.98g·kg-1，有效P4.85mg·kg-1.2.2供试水稻两个水稻（Oryza sativa L.）品种：扬稻6号和农垦57，由南京农业大学沈其荣教授提供.试验选取若干籽粒饱满、均匀的水稻种子，用30%的H2O2消毒10min，再用去离子水冲洗2~3次.将水稻种子播种到湿润的珍珠岩中培养3周后，挑选生长一致的水稻苗移栽到1/3强度的营养液中培养2周，水培器皿采用500mL的PVC管（直径：7.5cm；高14cm；一盆1株水稻苗）.营养液配方：5mmol·L-1NH4NO3，2mmol·L-1K2SO4，4mmol·L-1CaCl2，1.5mmol·L-1MgSO4·7H2O，1.3mmol·L-1KH2PO4，50μmol·L-1Fe（II）-ethylenediaminetetraacetic acid （EDTA），10μmol·L-1H3BO4，1.0μmol·L-1ZnSO4·7H2O，1.0μmol·L-1CuSO4·5H2O，5.0μmol·L-1 MnSO4·H2O，0.5μmol·L-1Na2MoO4·2H2O，0.2μmol·L-1CoSO4·7H2O（刘文菊等，2006）.用0.1mol·L-1 KOH或HCl将pH值调到5.5.营养液每周换2次. 2周后，选取生长一致的水稻苗进行土壤盆栽试验.2.3试验设计土壤盆栽试验建立根袋系统来区分根际和非根际（陈学萍等，2008）.在实验前施用底肥氮肥（尿素，N含量30mg·kg-1）和KH2PO4（93mg·kg-1）.水稻按每盆1株种植在37μm尼龙根袋（7.5cm直径×10cm高）土壤中，根袋中放入0.2kg土壤；根袋置于1.5kg的花盆中央，根袋与花盆之间的空间用0.8kg土填满.试验设不种水稻的空白对照（CK），每种处理设置3个重复.每24h用去离子水给水稻补充水分，模拟水田条件并保持土壤淹水.水稻培养5周（水稻分蘖期）收获.水稻移入根袋中记为第0d，从第1d开始定期抽取土壤溶液（Chen et al.,2008），-20℃避光保存在0.1mol·L-1Na2EDTA 溶液中（9:1）.2.4样品的制备与分析2.4.1土壤溶液元素含量测定采用比色法测定总Fe含量（紫外分光光度计，Hitachi UV3010），用HPLC-ICP-MS（7500a Agilent Technologies,Palo Alto,CA,USA）测定As含量和形态.712杨婧等：两种通气组织不同的水稻品种根表铁膜的形成及砷吸收积累的差异第5期2.4.2水稻根表铁膜的中Fe、As含量测定收获时，在根基部将水稻剪开，使其分成根系和地上部，用去离子水洗净.将根在含0.03mol·L-1柠檬酸三钠和0.125mol·L-1碳酸氢钠的40mL混合溶液（DCB）中浸泡10min，再加入0.5g连二亚硫酸钠继续浸泡0.5h，最后用去离子水冲洗根系数次定容至50mL.过滤后用原子荧光光谱法（AF2610A，北京瑞利分析仪器公司）测定DCB浸提液中总As浓度，用ICP-OES测定溶液中总Fe 浓度（Matocha and Coyne,2007）.2.4.3水稻植株元素含量测定将水稻地上部和DCB浸提后的根系放入烘箱内，在70℃烘72h，并分别称量其干重.将水稻茎叶和根分别磨碎，准确称取0.2~0.5g 茎叶或根放入干燥洁净的消化管中，加入5mL优级纯浓硝酸，放入开放式消煮炉中，先用80~100℃煮1h，然后在120℃进行消解，同时加入标准物质（GBW07605国家标准物质中心）对整个消化过程和分析测试过程进行质量控制，然后，用高纯水定容至50mL.用ICP-OES（Perkin Elmer Optima2000 DV）测定植物消煮样品中总Fe、总As的浓度.2.4.5扫描电镜观测水稻根通气组织结构收获时，用去离子水将水稻根部洗净后，选取生长情况一致的新生根，在距根尖5、10和15mm 处迅速切下，用磷酸盐缓冲溶液（0.1mol·L-1）冲洗干净后，迅速放在2%~4%的戊二醛中前固定2~ 3h.固定后用0.1mol·L-1磷酸盐缓冲溶液冲洗3~ 4次，每次0.5h.冲洗后，用4%锇酸（OsO4）后固定.最后用30%、50%、70%、80%、90%、95%和100%（两次）梯度脱水，每次5~10min，放入乙酸异戊酯中置换.临界点干燥后喷金，用扫描电镜观测.2.5数据处理根向地上部转移As的能力用转移系数（Translocation factor，简称TF）表示（刘文菊等，2006）.TF=C As-Shoot/C As-Roots，式中，C As-Shoot、C As-Roots分别为地上部和地下部As含量.采用统计软件SPSS11.0对试验数据进行方差分析以及多重比较.3结果（Results）3.1两个水稻品种生物量和通气组织结构的差异在植物培养过程中，扬稻6号长势始终好于农垦57.收获时，两个品种水稻地上部的生物量和含N量均显著高于地下部（p<0.05）.扬稻6号的整株生物量平均为每株2.28g，是农垦57的1.4倍；且其地上部和地下部的生物量也显著高于农垦57（表1）.试验过程中，两个水稻品种均未显示出As中毒症状.用扫描电镜分别观察两个水稻品种距离根尖5、10和15mm的根的横切面（图1），从图中水稻品种生物量/g地上部地下部植株扬稻6 1.64±0.080.62±0.03 2.27±0.09农垦57 1.21±0.06*0.43±0.03* 1.64±0.08*表1两个水稻品种地上部、地下部生物量Table1Plant biomass（dry weight）of rice cultivars Yangdao 6and Nongken57after5-week growth in a greenhouse注：n=6；生物量以干土重计；*：两个水稻品种之间比较，p<0.05图1培养5周收获后，两个水稻品种根距根尖不同距离处横切面的扫描电镜图（扬稻6号：距根尖5mm横切面（a）；距根尖10cm横切面（b）；距根尖5mm横切面（c）；农垦57：距根尖5mm横切面（d）；距根尖10cm横切面（e）；距根尖5mm横切面（f）.Bars=100μm（a，d），200μm（b，c，e，f））Fig.1Scanning electron microscope（SEM）micrographs of transverse sections of roots（at harvest，newly formed adventitious roots，approximately30mm long）from Yangdao6and Nongken57（Transverse sections of Yangdao6at5mm（a），10mm（b）and15mm （c）behind the root tip；transverse sections of Nongken57at5mm（d），10mm（e）and15mm（f）behind the root tip.Bars=100μm（a，d），200μm（b，c，e，f））a db ec f713生态毒理学报第4卷可以看出，扬稻6号根横切面的气孔密度大于农垦57，其通气组织结构显著好于农垦57.3.2两个水稻品种根表铁膜形成及As 吸收和积累的差异两个水稻品种地上部、地下部和铁膜中总Fe 含量和总As 含量如表2、表3所示.扬稻6号根表的铁膜量和铁膜中As 含量均显著高于农垦57，分别为农垦57的1.4和1.3倍.两个水稻品种植物样品中As 和Fe 的浓度在空间分布上存在差异：铁膜>地下部>地上部.以扬稻6号为例，其根表铁膜中的总As 含量为220.21mg ·kg -1，地下部总As 含量为163.69mg ·kg -1，然而其地上部总As 含量10.77mg ·kg -1，仅为铁膜中As 含量的二十分之一，为地下部As 含量的十六分之一.比较两个水稻品种体内As 含量，发现扬稻6号根中的As 含量显著高于农垦57，然而其地上部的As 含量却显著低于农垦57.数据分析表明，扬稻6号和农垦57的TF 分别为0.067和0.091，前者仅为后者的73.6%（表3）.3.3不同水稻品种土壤溶液中总Fe 、As （III ）和As （V ）的浓度不同水稻品种根际土壤溶液中总Fe 浓度如图2所示.结果显示，种植水稻和空白对照土壤溶液中的总Fe 浓度随时间的变化均可分为2个阶段：升高阶段（13d 之前），降低阶段（13d 之后）；种植水稻处理的土壤溶液中总Fe 的浓度始终显著低于不种水稻的空白对照，空白对照和种植水稻处理的最大值分别为87.64mg ·L -1和57.96mg ·L -1（图2）.在升高阶段，扬稻6号根际土壤溶液中总Fe 浓度显著高于农垦57，而降低阶段则呈现出相反的规律.两个水稻品种和空白对照根际土壤溶液中As （III ）和As （V ）浓度也随时间延长呈现出先升高（9d 之前）后降低（9d 之后）的过程（图3）；种植水稻处理的根际土壤溶液中的As （III ）和As （V ）浓度均显著低于不种水稻的空白对照.例如，空白对照组土壤溶液中As （III ）和As （V ）浓度最大值分别为384.89μg ·L -1和100.89μg ·L -1，种植水稻处理中根际土壤溶液As （III ）和As （V ）浓度最大值分别为293.76μg ·L -1和58.81μg ·L -1，仅为不种水稻处理的76.3%和58.3%.种植水稻和空白对照土壤溶液中As （III ）浓度均显著高于As （V ），但是两个水稻品种根际土壤溶液中的As 浓度并没有表现出显著性差异（图3）.4讨论（Discussion ）已有研究表明，As 可以通过损伤水稻根，影响根系对营养物质的吸收，从而造成水稻减产（Akter et al .,2005）.As 中毒对不同品种水稻产量的影响呈现出显著性差异，即不同品种的水稻对As 的耐受程度有很大差异（刘文菊等，2006）.本试验结果表明，生长在浓度为69.6mg ·kg -1的As 污染土壤中，扬稻6号和农垦57均未表现As 中毒症状.扬稻6号与农垦57相比，具有更发达的通气组织结构，其生物量显著高于农垦57，这与之前在没有As 污染土壤中培养的结果相一致（Li et al .,2008）.水稻品种地上部/（mg ·kg -1）地下部/（mg ·kg -1）铁膜/（g ·kg -1）扬稻6号135.93±8.951987.03±224.48431.53±21.42农垦57177.79±6.61*1340.17±126.63*319.80±9.55*表2两个水稻品种地上部、地下部和铁膜中总Fe 含量Table 2Total Fe concentrations in shoot ，root and ironplaque for the two cultivars at harvest（mean ±SE ，n=6）注：n =6；含量以干土重计；*：两个水稻品种之间比较，p <0.05水稻品种地上部/（mg ·kg -1）地下部/（mg ·kg -1）铁膜/（mg ·kg -1）TF 扬稻6号10.77±0.66163.69±9.31220.21±0.020.067±0.01农垦5712.85±0.73*139.01±9.76*132.26±0.01*0.091±0.01*表3两个水稻品种地上部、地下部和铁膜中总As 含量Table 3Total As concentrations in shoot ，root and ironplaque for the two cultivars at harvest （mean ±SE ，n=6）注：n =6；含量以干土重计；*：两个水稻品种之间比较，p <0.05714杨婧等：两种通气组织不同的水稻品种根表铁膜的形成及砷吸收积累的差异第5期根表铁膜形成的量主要取决于土壤溶液中的Fe（II）浓度和根系分泌的氧气和氧化物质的多少以及由此形成的微氧化环境条件（陈学萍，2008）.不同水分管理下，水稻根表形成的铁膜量不同，淹水条件下根系形成的通气组织和根表铁膜均高于其他不饱和水分条件（孟冬梅等，2008），可见根系泌氧对根表铁膜形成具有至关重要的作用.根部泌氧取决于根系内部氧气的压力和根的解剖学特征（通气组织的发达程度及细胞壁的通透性）（Colmer,2003）.通气组织越发达，越有利于氧气的输送.Ghosh和Kashyap（2003）证明，通气组织结构越发达，植物根际的放氧量越大.不同基因型水稻品种的根系孔隙率和根际放氧量不同（Colmer, 2003;Kludze et al.,1993）.扬稻6号的通气组织结构好于农垦57，故其根际的氧气浓度也较大（Li et al.,2008）.因此推测扬稻6号根表铁膜数量高于农垦57的原因主要有:1）扬稻6号的根表释放出更多的氧气和氧化性的分泌物，将更多的Fe （II）氧化为Fe（III）并积累在根表；2）水稻根呼吸作用产生的CO2为Fe氧化菌群的生长提供了更多的碳源，促进了微生物的Fe氧化作用.扬稻6号根表铁膜中As含量显著高于农垦57，这可能是由于扬稻6号根表铁膜量较大，因此可以富集更多的As.一些研究认为，铁膜对湿地植物吸收养分和重金属的影响可能在一定程度上取决于铁膜的量（Otte et al.,1989;Zhang et al., 1998）.并且，对于一些基因型的水稻品种，水稻根表铁膜的数量与铁膜中富集As的含量呈现线性正相关（刘文菊，2005）.此外，由于扬稻6号通气组织结构更发达，其根系分泌的氧气和氧化物质在根际能氧化更多的As（III），从而在铁膜中积累了较多的As（V）.水稻根表铁膜可以累积大约75%~89%的As，有效阻止该元素进入水稻根内（Liu et al.,2004）.因此扬稻6号根表铁膜中的As含量显著高于农垦57，在一定程度上证明了水稻根的通气组织结构对根表铁膜中As的积累量有显著影响.不同品种水稻植物样品中As和Fe的浓度在空间分布上存在差异：铁膜>地下部>地上部，这与之前的研究结果相一致（Abedin et al.,2002;Xu et al.,2008）.转运系数的计算结果表明，农垦57对As的转运能力显著强于扬稻6号（表3），并且扬稻6号地上部砷积累量显著低于农垦57.通气组织结构发达的水稻品种显著抑制As由水稻地下部向地上部转运，并且抑制了As在地上部的积累.水稻田一旦淹水后便处于厌氧状态，淹水后土壤Eh迅速降低，Fe矿等氧化物质被还原.在13d 前，无论是种植水稻还是不种水稻的土壤溶液中总Fe浓度都迅速增加，因此可以认为这一阶段，是由化学或生物的还原作用主导的Fe溶出阶段.在这个阶段（13d前），扬稻6号根际土壤溶液中的总Fe浓度高于农垦57，这可能是因为扬稻6号根际放氧量大于农垦57，这些放出的氧气活化了更多的根际微生物，水稻根和微生物释放出的CO2为Fe还原菌的生长提供了更多的碳源，从而加速了Fe溶出的速度.13d时，两个水稻品种根际土壤溶液中的总Fe浓度达到了最大值，并且两个品种峰值没有显著性差异，可能是Fe的还原溶出和铁膜的形成达到了平衡.而13d后，两个水稻品种根715生态毒理学报第4卷际土壤溶液中的总Fe浓度迅速下降，这可能是由于随着水稻根系的生长，最初还原释放的Fe又在根表被大量氧化而形成铁膜.从两个水稻品种根际土壤溶液中总Fe浓度的变化和最终根表铁膜形成的量来看，扬稻6号根际土壤溶液中总Fe浓度低于农垦57，与其根表铁膜形成数量高于农垦57形成了一定的对应关系，这在一定程度上说明：虽然根表积累的铁膜量级远远高于土壤溶液中总Fe 的浓度，但在根际这一微环境中，Fe的还原溶出和Fe被氧化形成铁膜是一个动态平衡的过程，因此13d后，由于扬稻6号根表铁膜数量大于农垦57，相应根际土壤溶液中的Fe离子浓度较农垦57低.然而，对两个品种水稻根际土壤溶液中As形态的测定结果显示，水稻根表铁膜对As的积累和土壤溶液中的As浓度变化并未呈现出相关性.综上所述，扬稻6号具有更发达的通气组织结构，其生物量显著高于农垦57.水稻的通气组织结构显著影响根表铁膜的数量，进而影响土壤溶液中总Fe离子的浓度.同时，水稻根表铁膜数量也对根表铁膜中As的富集量具有显著性影响.As 在这两个基因型水稻品种根表铁膜和水稻体内的分布呈现相同的规律：铁膜>地下部>地上部.扬稻6号地上部的As积累量显著低于农垦57，并且其对As的转运能力显著低于农垦57.这说明发达的通气组织结构显著抑制了As由水稻地下部到地上部的转运以及地上部对As的吸收.通讯作者简介：朱永官（1967—），男，理学博士.2001年入选中科院“百人计划”，2002年获得国家基金委杰出青年基金，现任中国科学院生态环境研究中心中澳联合土壤环境研究室主任、研究员、博士生导师.主要从事土壤生态和土壤-植物系统中微量元素和重金属迁移积累的化学和生物学调控机制和技术的研究.ReferencesAbedin J,Cresser M,Meharg A A,Feldmann J,Cotter-Howells J.2002.Arsenic accumulation and metabolism in rice（Oryza sativa L.）［J］.Environmental Science&Technology,36（5）: 962-968Akter K F,Owens G,Davey D E,Naidu R.2005.Arsenic speciation and toxicity in biological systems［J］.Reviews Environmental Contamination and Toxicology,184:97-149Arenovski A L,Howes B cunal allocation and gas transport capacity in the salt marsh grass Spartina alterniflora［J］. 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铁膜在水稻重金属胁迫中的作用研究综述
廖文青.铁膜在水稻重金属胁迫中的作用研究综述[J].南方农业，2023，17（10）：235-238.铁膜在水稻重金属胁迫中的作用研究综述廖文青（广州大学生命科学学院，广东广州 511400）摘 要我国水稻种植区域广泛，是主要的粮食作物之一。
环境中的重金属铊会通过水稻根系进入植株体内，进而影响植物的生长发育，若通过食物链进入人体，也会对人类的健康造成严重威胁。
铁膜是植物根表适应环境而形成的一层铁氧化物膜。
为研究根表铁膜对水稻吸收重金属过程的影响，从重金属对人体的危害、与植物之间的互作及铁膜在重金属胁迫下的解毒机制等方面展开综述，在宏观及分子层面上提出了3个研究方向探究铁膜在水稻重金属胁迫中的作用。
关键词铁膜；重金属；水稻中图分类号：S511；X173 文献标志码：A DOI：10.19415/ki.1673-890x.2023.10.074我国部分城镇耕地已出现严重的重金属污染现象，主要有Cd（镉）、Hg（汞）、As（砷）、Pb（铅）、Cu（铜）等金属元素。
我国每年因土壤重金属污染造成的经济损失高达200亿元。
世界上超过60%的人以水稻为主食，人类活动导致土壤中的重金属含量日益增多，稻米中累计增加的重金属直接威胁着人体健康。
其中重金属TI（铊）具有一定的化学活性，易被植物的根吸收，进而影响植物生长发育，还能富集到食物链中，在生物体内积累并对生物产生毒性影响。
水稻在生长发育过程中为了长期适应淹水环境，其根部结构会发生特殊的生理变化而形成大量的通气组织，通气组织向水稻根际释放氧气和氧化性物质，而根际中的有机质等还原型物质被氧化后附着在根表形成铁膜，其通过吸附和共沉淀等作用影响着土壤中许多金属元素的化学行为及生物有效性。
1 重金属对人体的危害重金属一般指密度大于4.5 g·cm-3的金属，如铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）、铜（Cu）、金（Au）、银（Ag）等。
有些重金属通过食物进入人体，干扰人体正常生理功能，危害人体健康，被称为有毒重金属。
硒对水稻吸收、转运及累积镉的影响机制
contents •硒与镉的背景介绍•水稻吸收硒、镉的机制•水稻转运硒、镉的机制•水稻累积硒、镉的机制•硒对水稻吸收、转运及累积镉的影响研究展望目录01硒与镉的背景介绍Chapter硒的背景介绍硒是一种必需微量元素，在人体内具有抗氧化、免疫调节等重要生理功能。
硒在自然界中以无机和有机形式存在，其中有机硒是生物可利用的主要形式。
不同植物对硒的吸收、转运和累积机制存在差异，但总体上有机硒对植物的生理功能更为重要。
010203镉的背景介绍水稻是全球重要的粮食作物之一，也是镉污染的主要农作物之一。
镉是一种有毒重金属元素，长期接触镉可对人类健康产生不良影响。
镉在水稻中的吸收、转运和累积机制已得到广泛研究。
硒与镉的关系研究意义通过研究硒对水稻吸收、转运和累积镉的影响，可以为降低水稻镉污染提供理论依据和技术支持。
这对于保障粮食安全、维护人类健康具有重要意义。
随着环境污染的加剧，土壤中镉的含量逐渐增加，了解硒对水稻吸收、转运和累积镉的影响机制具有重要的科学意义。
02水稻吸收硒、镉的机制Chapter土壤中硒的溶解和释放植物根部对硒的吸收硒在植物体内的转运硒在植物体内的积累和分布土壤中镉的溶解和释放植物根部对镉的吸收镉在植物体内的转运镉在植物体内的积累和分布硒对水稻吸收镉的影响机制降低土壤中镉的有效性硒可以降低土壤中镉的有效性，从而减少水稻对镉的吸收。
这可能是因为硒与镉在植物体内的吸收和转运过程中存在竞争性抑制作用。
增强水稻对镉的抗性硒可以增强水稻对镉的抗性，从而减少水稻对镉的吸收和积累。
这可能是因为硒可以诱导水稻产生一些抗氧化物质和解毒机制，从而降低镉对水稻的毒害作用。
03水稻转运硒、镉的机制Chapter植物对硒的吸收01硒在植物体内的转运02硒的分配和积累031 2 3水稻通过根系从土壤中吸收镉，并依赖一系列转运蛋白将其从根部转运至其他组织。
植物对镉的吸收在植物体内，镉主要通过细胞质膜上的转运蛋白进入细胞，并可能通过类似的机制与其他金属离子一起转运。
水稻对天然富硒土壤硒的吸收及转运
水稻对天然富硒土壤硒的吸收及转运一、本文概述本文旨在探讨水稻对天然富硒土壤硒的吸收及转运机制。
硒是一种必需的微量元素，对生物体的生长和发育具有重要的影响。
然而，硒在土壤中的可利用性受到许多因素的影响，包括土壤类型、土壤pH值、硒的形态和浓度等。
水稻作为全球重要的粮食作物之一，其硒营养状况对人类健康具有重要意义。
因此，研究水稻对天然富硒土壤硒的吸收及转运机制，不仅有助于深入了解硒在土壤-植物系统中的行为，还能为优化水稻硒营养管理提供科学依据，进而为人类健康做出贡献。
本文将从水稻对硒的吸收、转运及其在植株体内的分布等方面进行系统阐述，以期全面揭示水稻对天然富硒土壤硒的吸收及转运机制。
还将探讨影响水稻硒吸收和转运的主要因素，包括土壤硒的形态、浓度、土壤pH值、土壤质地等。
本文还将展望未来的研究方向，以期为进一步提高水稻硒营养水平提供理论支持和实践指导。
二、天然富硒土壤的特性及分布天然富硒土壤是指土壤中含硒量超过一般土壤含硒量（4 mg/kg）的土壤，其中硒含量一般达到或超过4 mg/kg。
这类土壤因其独特的地球化学特性和地质背景，被赋予了较高的硒元素含量。
天然富硒土壤通常具有特定的理化性质，如pH值、有机质含量、土壤质地等。
这些性质不仅影响土壤中硒的形态、分布和生物有效性，还影响作物对硒的吸收和转运。
在富硒土壤中，硒主要以硒酸盐（SeO4²⁻）和亚硒酸盐（SeO3²⁻）的形式存在，这些形态的硒对作物来说较为容易吸收。
天然富硒土壤的分布受多种因素控制，包括地质背景、地形地貌、气候条件、土壤类型等。
在全球范围内，天然富硒土壤主要分布在火山岩地区、沉积岩地区以及某些特定地貌区域，如河流冲积平原、湖泊沉积区等。
这些地区通常具有较高的硒背景值，使得土壤中的硒含量相对较高。
在中国，天然富硒土壤主要分布在南方地区，如湖北恩施、湖南桃源、江西丰城等地。
这些地区的土壤类型多为红壤、黄壤等酸性土壤，有利于硒的积累和保存。
水稻吸收铁的调控机制及其遗传分析
水稻吸收铁的调控机制及其遗传分析水稻是我国重要的粮食作物之一，其中含有丰富的营养成分，如蛋白质、碳水化合物、维生素和微量元素。
特别是铁元素对水稻的生长发育具有重要的作用，因为铁是水稻叶绿体中重要的组成部分，对于光合作用和营养物质的转运都有着不可替代的作用。
但是，监测数据表明，中国南方地区的水稻中普遍存在铁缺乏的现象。
因此，如何解决水稻铁素的缺乏就成为了重要的研究方向之一。
水稻吸收铁的调控机制铁元素在土壤中的存在形式并不单一，它可以以游离态、或以氧化还原态与其他元素形成络合物等形式存在。
而水稻作物从土壤中吸收铁是通过根系完成。
由于土壤中铁元素的存在状态复杂，而水稻对铁元素的吸收则相对比较局限，因此在水稻吸收铁的过程中，需要一些调控机制来保持其正常的生长发育。
通常这些调控机制包括以下几个方面：1. 根饰菌的共生作用。
水稻根系中的根饰菌是一种具有固氮和能够酸化土壤的微生物，能够在土壤中改善水稻植株对铁线元素的吸收能力。
一方面，它能够促进水稻根系细胞呈现出微酸性环境，促进铁元素离子摆脱氧化态，进而有利于铁离子进入细胞；另一方面，则通过共生氮固化作用，提高了土壤中固氮细菌的数量。
这些细菌在从氮化菌向铁化菌转化的过程中，会不断释放出对于铁元素的可利用性略大的小分子有机酸，进而提高了水稻对铁元素的吸收效率。
2. 能够产生铁吸收素和启动质子泵泵站的基因的表达。
水稻在土壤中吸收铁的过程中，需要通过激活一些基因来对铁元素进行吸收。
其中包括可以产生铁吸收素和启动质子泵泵站的基因。
铁吸收素通常表现为靶向和转运铁离子的膜蛋白，质子泵则是负责调节细胞内环境的一个蛋白家族。
他能够负责调节零散铁离子的吸收；同时，在缺铁情况下，铁吸收素会促进细胞生长、细胞分裂，保证细胞代谢的正常进行。
3. 促进根系生长和发育的物质的释放。
水稻生长过程中产生的一些生长激素，如生长素，可通过促进消息传递来控制水稻的根系生长和发育，它在水稻对铁元素吸收方面也发挥着重要的作用。
【免费】铁膜对水稻根表面电化学性质和氮磷钾短期吸收的影响
第52卷 第3期V ol. 52，No. 3May ，20152015年5月土 壤 学 报ACTA PEDOLOGICA SINICADOI：10.11766/trxb201408210415铁膜对水稻根表面电化学性质 和氮磷钾短期吸收的影响郑芸芸1，2 李忠意1，2 李九玉1 徐仁扣1†（1 土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所），南京 210008）（2 中国科学院大学，北京 100049）摘 要 通过水培试验研究了水稻根表铁膜对根表电化学性质、根表对NH 4+、K +和磷酸根吸附和吸收的影响。
结果表明，铁膜降低根表阳离子交换量，使根表zeta电位绝对值减小，说明根表负电荷数量减少。
与对照相比，铁膜抑制了水稻根表对NH 4+、K +和磷酸根的吸附。
6 h培养实验结果表明，铁膜使水稻对NH 4+、K +、H 2PO 4-的吸收速率分别降低了21.1%、42.7%、59.1%。
因此，作为物理、化学屏障或者临时储存库，铁膜抑制了水稻对大量营养元素的短期吸收。
关键词 水稻；铁膜；电化学性质；氮磷钾吸收中文分类号 S153 文献标识码 A当土壤淹水种稻时，氧由大气向土壤的扩散受阻，随着土壤中有机还原性物质的不断产生，土壤中的氧气逐渐消耗，土壤铁、锰氧化物被还原为Fe 2+和Mn 2+，其浓度急剧上升。
水稻作为一种生长在淹水土壤中的粮食作物，可以在生长过程中通过特殊的输氧组织，将地上部的氧气由叶和茎输送到根部，除供根系呼吸消耗外，剩余的氧气则侧渗到根际中［1-2］，并在根系氧化酶和铁氧化细菌 等［3-4］的共同作用下将根际中的Fe 2+氧化并在水稻根表面形成铁氧化物膜（简称铁膜）。
国内外已对湿地植物根表铁膜的形成机制、组成、铁膜对重金属及对污染物和养分吸收的影响等方面开展了广泛研究［5-14］。
铁膜的矿物形态主要以无定形氧化铁、纤铁矿和水铁矿为主，并含有一定量的针铁矿、菱铁矿［9］。
FeSO_(4)对水稻根表铁膜及污染稻田土中镉迁移转运影响研究
FeSO_(4)对水稻根表铁膜及污染稻田土中镉迁移转运影响研
究
李威;谢悦;石竹;陈立伟
【期刊名称】《矿冶工程》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】选取湖南某污染稻田耕作层土壤,通过盆栽实验外源施加硫酸亚铁(FeSO_(4)),研究FeSO_(4)对水稻根表铁膜及污染稻田土中镉(Cd)迁移转运的影响。
结果表明,随着FeSO_(4)施加量增加(0~320 mg/kg),水稻根际土壤pH值呈下降
趋势,最高下降了0.70;水稻盆栽土壤TCLP-Cd含量与对照组相比出现一定程度上升;施加FeSO_(4),降低了水稻茎叶、谷壳、糙米中Cd含量,增加了水稻植株根表铁膜的数量,一定程度上控制了水稻对土壤中Cd的吸收。
但施加外源铁影响了土壤pH值及Cd的生物有效性,在实际稻田施加FeSO_(4)时建议与石灰等其他碱性修
复材料进行组配,以获得更好的阻控效果。
【总页数】5页(P96-99)
【作者】李威;谢悦;石竹;陈立伟
【作者单位】长沙环境保护职业技术学院;湖南省生态环境事务中心
【正文语种】中文
【中图分类】X171.1;X53
【相关文献】
1.砷污染土壤中不同基因型水稻根表铁膜的形成及其对砷吸收和转运影响
2.Fe2+和Mn2+对水稻根表铁膜及镉吸收转运的影响
3.镉处理根表铁膜对水稻吸收镉、锰、铜、锌的影响
4.柠檬酸对纳米氧化铁诱导水稻根表铁膜形成及对水稻铁吸收转运的影响
5.不同磷肥对水稻根表铁膜及砷镉吸收的影响
——以石灰岩黄壤性水稻土为例
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根表铁膜对元素吸收的效应及其影响因素_刘侯俊_看图王
土 壤(Soils), 2009, 41 (3): 335~343根表铁膜对元素吸收的效应及其影响因素①刘侯俊1， 张俊伶2*， 韩晓日1， 张福锁2(1 沈阳农业大学土地与环境学院，沈阳 110161；2教育部植物-土壤相互作用重点实验室，农业部植物营养学重点实验室，中国农业大学资源与环境学院植物营养系，北京100094）摘 要：水生植物根系表面普遍形成铁膜，铁膜的形成是水生植物适应淹水和其他环境胁迫的重要机制之一。
大量研究表明铁膜在植物吸收有益营养元素和有害元素中有重要作用。
本文总结了植物根表铁膜形成的过程及铁膜的形态、组分、数量等特征，阐述了铁膜对植物吸收元素的效应。
水生植物根表的铁膜能够阻止植物对金属元素的吸收，也可充当植物根系表面的养分“库”，在植物需要养分时铁膜中的养分可以被活化并被植物吸收利用。
此外铁膜的效应还与根表铁膜的数量有关，少量铁膜能够促进植物对养分的吸收，而大量铁膜则阻止植物对养分的吸收。
造成铁膜不同效应的因素包括植物、重金属和研究采用的手段和技术等。
如植物种类、品种、生育阶段以及营养状况、植物的培养方式、所研究的金属离子种类以及根表铁膜的分析技术等均可影响试验结果。
进一步的研究工作需考虑铁膜形成的外部环境，利用原位技术以确定铁膜中元素的分布和化学形态，并将铁膜的效应与土壤植物的整体反应结合起来进行系统的研究。
关键词： 铁膜；水生植物；重金属；营养元素中图分类号：Q945.15铁氧化物胶膜（以下称铁膜）广泛存在于水生植物根系表面，铁膜的形成是水生植物适应淹水和其他环境胁迫的重要机制之一。
由于具有较大的表面积并带有正负电荷基团，铁膜能通过吸附和共沉淀等作用，影响养分和重金属元素在土壤中的化学行为和生物有效性，从而影响植物对这些元素的吸收[1-3]。
同时，根表铁膜的物理屏障作用也可将根系包被起来以防止根系受到伤害，从而降低了根系对高浓度Fe2＋，Mn2＋以及其他离子的过量吸收[4-6]。
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根表铁膜的形成和添加硒对水稻吸收转运无机汞和甲基汞的影响李云云;赵甲亭;高愈希;李玉锋;李柏;赵宇亮;柴之芳【摘要】为了研究根表铁膜和硒对水稻吸收、转运不同形态的汞的影响,用Fe2+溶液诱导根表形成铁膜后,将水稻植株分别暴露于无机汞(HgCl2)、甲基汞(MeHgCl)、无机汞和亚硒酸钠(HgCl2+Na2SeO3)混合溶液、甲基汞和亚硒酸钠(MeHgCl+ Na2SeO3)混合溶液的培养液中继续培养72h.用DCB (dithionite-citrate-bicarbonate)提取根表铁膜,并用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定DCB溶液中Fe、Hg含量及水稻根、茎叶中Hg含量.结果表明:水稻根表铁膜对MeHgCl和HgCl2均有吸附,对MeHgCl的吸附作用高于HgCl2.根表铁膜的形成显著降低了汞暴露水稻根、茎叶中汞的含量;铁膜的形成也显著降低了HgCl2和MeHgCl从水稻根部到茎叶部分的转运效率.硒的存在可增加铁膜对HgCl2和MeHgCl的吸附,降低水稻对HgCl2和MeHgCl的吸收和转运.研究结果表明:根表铁膜和硒单独或联合作用能显著抑制水稻对无机汞和甲基汞的吸收和转运,进而可以减少汞在稻米中的蓄积.研究的开展对于提高汞污染区稻米的质量和保证粮食安全具有一定的现实意义.【期刊名称】《生态毒理学报》【年(卷),期】2014(009)005【总页数】6页(P972-977)【关键词】铁膜;水稻;硒;汞【作者】李云云;赵甲亭;高愈希;李玉锋;李柏;赵宇亮;柴之芳【作者单位】中国科学院高能物理研究所核辐射与核能技术重点实验室纳米生物效应与安全性重点实验室北京100049;中国科学院高能物理研究所核辐射与核能技术重点实验室纳米生物效应与安全性重点实验室北京100049;中国科学院高能物理研究所核辐射与核能技术重点实验室纳米生物效应与安全性重点实验室北京100049;中国科学院高能物理研究所核辐射与核能技术重点实验室纳米生物效应与安全性重点实验室北京100049;中国科学院高能物理研究所核辐射与核能技术重点实验室纳米生物效应与安全性重点实验室北京100049;中国科学院高能物理研究所核辐射与核能技术重点实验室纳米生物效应与安全性重点实验室北京100049;中国科学院高能物理研究所核辐射与核能技术重点实验室纳米生物效应与安全性重点实验室北京100049【正文语种】中文【中图分类】X171.5汞因其在环境中具有持久性、生物累积性和强毒性被许多国际组织列为优先控制污染物[1]。
在自然界中汞主要以单质汞、无机汞、有机汞等形态存在。
在所有汞的形态中，有机汞尤其是甲基汞的毒性最强。
甲基汞易于通过食物链在高营养级的生物中富集放大并且能通过生物体的血脑屏障，有很强的神经毒性[2]。
汞矿开采、燃煤与金属冶炼是我国汞污染的主要来源，贵州省万山汞矿地区土壤总汞和甲基汞含量分别达到0.33～90 mg·kg-1和 0.19 ～20 μg·kg-1，比全国土壤汞平均值高出2～3个数量级[3]；大米是我国人民的传统主食，也是贵州汞污染区的主要作物，冯新斌等分析了源于贵州汞污染地区的水稻中汞的形态，发现水稻从稻田土壤中吸收无机汞和甲基汞，稻米中无机汞含量为94 (7.4～460) μg·kg-1，甲基汞11 (1.2～44) μg·kg-1，大米已经成为当地居民甲基汞暴露的主要来源，具有潜在的健康风险[3-5]。
稻田是一个兼具水生和陆地特性的生态系统，水稻在长期渍水条件下，根系的连续氧化作用使得淹水土壤中大量存在的Fe(II)、Mn(II)在植物根表容易形成一层红棕色的铁锰胶膜。
铁锰胶膜属两性胶体，对土壤中某些分子、离子具有富集作用，作为这些分子、离子的储备库[6]，改变这些元素在固液两相中的分配比例，从而影响其在介质中的移动性和生物有效性[7-12]。
近年来许多研究表明水稻中硒汞之间存在拮抗作用[13-15]。
无机汞和甲基汞在水稻植株内的分布特征不同，硒对水稻吸收无机汞和甲基汞的影响情况不同[16]，提示水稻对无机汞和甲基汞的吸收转运机制不同。
铁膜对水稻吸收无机汞、甲基汞的影响有何不同？硒是否可以通过影响铁膜对无机汞、甲基汞的吸附而影响水稻对它们的吸收？本文通过诱导水稻根表铁膜形成，研究根表铁膜单独或与硒共同作用下对水稻吸收、转运、蓄积不同形态汞的影响，为寻找降低水稻汞吸收途径，解决汞引起的食品安全及生态环境等问题提供科学依据。
1.1 水稻培养实验所用的水稻(Oryza sativa L.)品种为GY1577，挑选颗粒饱满的水稻种子使用1% NaClO消毒10 min，超纯水洗净后种植到垫有滤纸的培养皿中，人工培养箱(无光照、28 ℃)萌发5 d后，在25% Hogland培养液中继续培养10 d。
挑选生长一致的水稻幼苗转移到盛有25%的Hogland培养液(pH=5.5)的500 mL PVC盆中培养3周，每周换两次培养液。
水稻培养条件：28 ℃/14 h光照和20 ℃/10 h黑暗，相对湿度为：50%～70%，光照强度为240 μmol·(m2·s)-1。
1.2 铁膜诱导及硒汞暴露将生长3周水稻植株转移到300 mL 0.5 mmol·L-1的CaCl2 (pH=5.5)溶液中2 h，以消除营养液中其他元素对铁膜形成的影响。
在0、50、100 mg·L-1的Fe2+(FeSO4)溶液中(pH=5.5)中培养24 h。
分别标记为Fe0，Fe50，Fe100组。
然后将水稻植株转移到25%的Hogland培养液中继续培养48 h，转至含有2.5μmol·L-1的HgCl2、HgCl2+Na2SeO3与2.5 μmol·L-1MeHgCl、MeHgCl + Na2SeO3的25% Hogland培养液中继续培养72 h，每个处理设三个重复组。
1.3 DCB法提取水稻根表铁膜采用DCB法浸提取根表铁膜：将洗净的根组织沿基部剪下，放入30 mL含有0.03 mol·L-1柠檬酸三钠(Na3C6H5O7·2 H2O)，0.125 mol·L-1碳酸氢钠(NaHCO3)及0.5 g保险粉(Na2S2O4)混合溶液中室温浸提1 h，冲洗根组织并定容浸提液到50 mL。
用ICP-OES(Optima 2000DV, PerkinElmer，USA)测定DCB浸提液铁含量，ICP-MS(Thermo Elemental X7, USA)测定汞含量。
经DCB 提取后的水稻的根及茎叶在70 ℃烘干至恒重。
1.4 植物消解与含量、形态分析称取约0.1 g水稻根、茎样品加入5 mL浓硝酸(BV-III)和1 mL H2O2 (MOS)后室温下放置过夜。
然后在160 ℃密闭消解6 h，剩余溶液在90 ℃下赶酸到1 mL，用2% HNO3(内含0.1%巯基乙醇)定容到5 mL，用ICP-MS测定其中Hg含量。
ICP-MS仪器工作参数为：功率为 1.2 kW，雾化器流速0. 81 L·min-1，驻留时间100 ms，样品提升速度为0.6 mL·min-1。
采用同心雾化器，内标元素为209Bi，检测202Hg 同位素。
1.5 数据分析所有试验数据的方差分析和多重比较采用SPSS19.0软件(*表示p<0.05,**表示p<0.01)。
并用Origin 8.5软件绘图。
2.1 根表铁膜的形成量及对吸附汞的量相对于Fe0组，Fe50和Fe100组根表出现明显的红棕色。
水稻根表铁膜的形成量(DCB-Fe)通过DCB浸提的根表铁含量与根干重的比值来表示。
相对于Fe50组(14 653.2±2 718.8 mg·kg-1)，Fe100组(11 612.05±1 190.7 mg·kg-1)虽然加入更多的Fe2+，但铁膜的形成量没有明显变化，说明Fe50组已形成稳定的铁膜结构，下文讨论根表铁膜对汞吸收、转运的影响均以Fe50组为基础。
图1表示HgCl2、HgCl2+Na2SeO3、MeHgCl、MeHgCl + Na2SeO3暴露组水稻铁膜中的汞含量，水稻根表铁膜对汞的吸附量(DCB-Hg)用DCB浸提的根表汞含量与根干重的比值表示。
从中可以看出：铁膜对MeHgCl和HgCl2均可吸附，对MeHgCl的吸附量显著高于HgCl2(p<0.05)。
对比HgCl2和MeHgCl暴露的水稻，硒的加入可使HgCl2在铁膜上的吸附量增加1.57倍(Fe50组)，MeHgCl增加1.87倍(Fe50组)。
2.2 水稻根组织中的Hg含量图2表示各处理组水稻根中的汞含量。
从图2可以看出形成铁膜的水稻，HgCl2或MeHgCl单独暴露时，水稻植株根中汞含量较无铁膜时均有下降，且MeHgCl暴露组下降更显著。
未诱导铁膜的水稻同时暴露于Na2SeO3+HgCl2或Na2SeO3+MeHgCl时，水稻根中Hg含量较单HgCl2暴露或单MeHgCl暴露均显著下降。
诱导形成铁膜的水稻同时暴露于Na2SeO3+HgCl2时，水稻根中Hg含量相对于单HgCl2暴露进一步降低。
Na2SeO3+MeHgCl暴露时，相对于单MeHgCl暴露，根中汞含量显著降低。
对照未诱导铁膜时硒对根中汞含量的影响情况，发现铁膜存在一般会使硒对根组织中汞含量降低更显著。
2.3 水稻茎叶组织中的Hg含量图3表示不同处理条件下水稻茎叶中的汞含量，汞单独暴露时，铁膜的形成显著降低MeHgCl暴露组茎叶中的汞含量，对HgCl2暴露组的影响不显著。
未诱导铁膜的水稻暴露于Na2SeO3+HgCl2时，茎叶中Hg含量相对于单HgCl2暴露变化不显著。
Na2SeO3+MeHgCl暴露时，水稻茎叶中汞相对于单MeHgCl显著降低。
诱导铁膜形成的水稻暴露于Na2SeO3+HgCl2，相对于单HgCl2暴露，茎叶汞含量变化不显著。
Na2SeO3+MeHgCl暴露相对于单MeHgCl暴露，茎叶中汞含量显著降低。
3.1 铁膜对无机汞、甲基汞的吸附该实验发现水培条件下，诱导出根表铁膜后，铁膜对HgCl2或MeHgCl均有吸附，且对MeHgCl的吸附作用更显著。
根表铁膜主要是由铁氧化物胶膜形成，这种胶膜属于两性胶体，能够与土壤中的多种元素通过吸附、共沉淀等作用影响它们在土壤中的化学行为和生物有效性，从而影响植物对这些元素的耐受性、吸收、转运。
水生植物的根表铁膜不仅是植物根系表面营养元素的“储存库”，同时也是阻止植物对重金属吸收的“天然屏障”[17]。
胡莹等[18]研究根表铁膜对水稻吸收、转运铅的影响，发现水稻根表铁膜量与铁膜吸附的Pb量之间存在显著的正相关关系(r=0.798，p<0.01)，说明根表铁膜对Pb具有一定的吸附能力。