水稻根系分泌物对镉吸收、积累影响机理研究进展

作物研究（CROP RESEARCH)2018,2(3) ：244 -248,64

水稻根系分泌物对镉吸收、积累影响机理研究进展

黄亚男，傅志强1^

(湖南农业大学农学院，长沙41018)

摘要:综述了水稻根系分泌物的种类、产生机制以及对水稻镉吸收、积累的影响机理,分析了水稻根分泌物、土

壤镉以及两者间的关系，对稻田镉污染下水稻根系分泌物的研究进行了展望，以为水稻镉污染防治研究提供

参考。

关键词:水稻;根系;分泌物;镉;机理

中图分类号:S511.01 文献标识码:A

文章编号= 1001-5280(2018)03^0244-05 DOI ：10. 16848/j. cnki. issn. 1001-5280. 2018. 03. 17

Study Progress about the Mechanism of Cadmium Uptake

and Accumulation in Rice Root Exudates

HUANG Yanan,FUZhiqiang*

(College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128 , China)

Abstract： The exudates types of rice root , t h e mechanism of rice root exudation , and the mechanism of and accumulation were revie'wed. The rice root exudates, soil cadmium, and their relationship were analyzed. The study pro­gress about rice root exudates under cadmium pollution in paddy fields was expected. The outlook provi the research to prevent and control the rice cadmium pollution.

Keywords ： rice ； root ； exudates ； cadmium ； mechanism

水稻是我国最主要的粮食作物，大约60%的人 口以水稻为主食[1]。水稻具有富集重金属镉（Cd)的习性，极易在籽粒中积累，是吸收镉能力最强的大 宗谷类作物[]。目前，稻田重金属污染已经十分严 重，特别是重金属元素镉，已成为危害我国水稻生产 安全的主要污染物之一，稻米镉含量超标的问题广 受关注[3]。因此，加强水稻镉污染防治研究对我国 粮食安全生产具有重要意义。

水稻根系向根际释放一些无机离子和有机化合 物，可能影响到根际重金属的表现形态。根系分泌 物对土壤重金属活化的机理、根系分泌物在植物修

收稿日期=2018-03 -28

作者简介:黄亚男（1993 -),女，硕士研究生,Email:1135203401@ 究，Email:zqf_cis@126. com。

基金项目：湖南省农业委科技项目。

复污染土壤中的作用以及农艺调控措施、有机肥和 栽培条件对水稻镉积累的影响等方面皆有许多研究 报道，但水稻根系分泌物与土壤镉之间的相互影响 报道少见。本文对这方面的研究进展进行分析与探 讨，旨在为开展相关研究提供参考。

1根系分泌物及其对根际的作用

l.i根系分泌物的种类

根系分泌物是植物在生长过程中向外界环境分 泌的各种有机物和无机物的总称。其在土壤和植物 之间承担着信息传递和物质交换的重要作用，是响

c m。*通信作者:傅志强，博士，主要从事耕作制度与碳氮循环研

第32卷第3期黄亚男等:水稻根系分泌物对镉吸收、积累影响机理研究进展245

应外界环境胁迫的重要途径，对植物生长发育、根际 环境具有调控作用，也是微生物的能源物质。广义 的根系分泌物包括根系健康组织代谢分泌出来的物 质，成熟根部表皮细胞的脱落和细胞内含物的分解，以及根毛分泌的粘胶状物质等等，主要有以下4 种[4]:渗出物、分泌物、粘胶质和裂解物质。狭义的根系分泌物仅包括通过溢泌作用进入土壤的可溶性 有机物[5]。由表1可知，一般可分为低分子量可溶 有机物和高分子量有机物，低分子量分泌物主要包 括有机酸、糖类、酚类和各种氨基酸，高分子量分泌 物主要包括粘胶和外酶[6]。

表1根系分泌物的常见种类Table 1 Common types of root exudates

种类有机酸

糖类

酚类氨基酸

酶类其它_______________________________________________________名称_______________________________________________________草酸,酒石酸，苹果酸,柠檬酸，乙酸,丙二酸，丁二酸,琥珀酸，戊酸，己二酸，丁酸，反丁烯二酸,戊二酸，羟基 乙酸，烃基戊二酸，乳酸，顺丁烯二酸，丙酸,丙酮酸

葡萄糖,麦芽糖，果糖，蔗糖,岩藻糖，半乳糖,低聚糖，棉子糖,鼠李糖，核糖，木糖，阿拉伯糖

咖啡酸，苯乙烯酸，邻苯二酚,阿魏酸,7 -羟基-6-甲氧基香豆素

谷氨酸,亮氨酸，色氨酸,丙氨酸，异亮氨酸，半胱氨酸,胱氨酸，天冬氨酸，天冬酰胺，丝氨酸,脯氨酸，精氨 酸，甲硫氨酸,甘氨酸，苏氨酸,缬氨酸，苯丙氨酸，谷氨酰胺,赖氨酸

淀粉酶,转化酶，磷酸酯酶，多聚半乳糖醛酸酶，硝酸还原酶,硫酸酶，木聚糖酶，吲哚乙酸氧化酶,蛋白酶，尿 酶,接触酶

维生素，核苷,生长素，胆碱，有机磷化物，烟酸，肌醇

1.2对根际土壤溶液中重金属离子的影响

随着人类活动的影响，土壤中的重金属积累量 已明显高于土壤环境的背景值，导致土壤环境被破 坏，人类生产活动受抑制，植物受毒性日益增加。有 研究发现[7’8]，当植物所生长的外界环境受到重金 属胁迫，危害植物生长时，植物会产生一定的生理反 应来抵御不良环境带来的危害，根系作为直接接触 土壤的地下部分，根际环境的反应尤为明显，其中表 现为根系分泌物的分泌，降低重金属的有效性和移 动性，减少植物对重金属的吸收。根系分泌物的组 成和数量变化是植物响应外界环境胁迫最直接的反 应，也是长期以来对生存环境所适应的结果。

重金属胁迫下的根际环境与未受到重金属污染 的土体存在显著的差异，土壤溶液中的成分也更复 杂，分泌物会影响重金属离子的固定和活化状态，影 响其生物有效性，从而影响重金属在土壤和植物之 间的迁移转化行为。如在铝胁迫的环境下，耐铝植 物会分泌有机酸，来减缓铝的毒害作用[]。又如已 有的研究显示，植物根系分泌物草酸、柠檬酸、酒石 酸等对Zn矿尾砂及其废水污染的土壤中的Pb、C d 等重金属离子具有较强的活化效应[1]。2水稻根系分泌物对镉的吸收、积累影响机理21水稻根系分泌物对镉吸收的影响

2.1.1土壤中镉形态及其可被根系吸收的途径

镉是一种相对稀有的重金属，在自然界中主要 以硫化物的形式存在于铜、锌、铅等有色金属矿藏 中，一般含量很低。然而，人类活动会通过各种途径 导致镉进入到土壤，由于镉具有不能或不易被生物 体分解转化，不易随水移动的特点，镉只能沿食物链 逐级往上传递，在生物体内富集，当累积到较高含量 时就会产生毒性效应，危害人类身体健康。

土壤中镉的形态是其所处环境化学物理状态的 反映，与土壤中的其他物质结合而以一定的形态存 在，其迁移与传输就是在一定的形态下进行的。镉 进入土壤后，通过溶解、沉淀、凝聚、络合吸附等各种 反应，形成不同的化学形态。土壤中镉的存在形态 很多，大致可分为水溶性镉和非水溶性镉两大类。络合态和离子态的水溶性镉能为作物所吸收，对生 物危害大，而非水溶性镉不易迁移，难以被植物所吸 收;随着条件的改变，二者可互相转化。土壤中镉的 存在形态还可具体分为可交换态、有机态、残余态、碳酸盐结合态和铁锰氧化结合态5种，不同形态的 镉表现出了不同的活性。