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Characteristics of arsenic (As) tolerance and accumulation in rice (Oryza sativa L.) genotypes with different radial oxygen loss

不同渗氧能力水稻品种对砷的耐性和积累



全 文 :
          生 态 学 报
              (SHENGTAI XUEBAO)
    第 34卷 第 4期    2014年 2月  (半月刊)
目    次
前沿理论与学科综述
富营养化湖泊溶解性有机碳生物可利用性研究进展 叶琳琳,孔繁翔,史小丽,等 (779)………………………
黄河下游平原农业景观中非农生境植物多样性 卢训令,梁国付,汤  茜,等 (789)……………………………
个体与基础生态
锰胁迫对杠板归细胞超微结构的影响 王  钧,邬  卉,薛生国,等 (798)………………………………………
不同渗氧能力水稻品种对砷的耐性和积累 吴  川,莫竞瑜,薛生国,等 (807)…………………………………
弱光下水分胁迫对不同产地披针叶茴香幼苗生理特性的影响 曹永慧,周本智,陈双林 (814)…………………
不同分枝数对桑树幼苗生长发育的影响 郇慧慧,胥  晓,刘  刚,等 (823)……………………………………
斑膜合垫盲蝽若虫在国槐上的空间分布型及抽样技术 朱惠英,沈  平,吴建华,等 (832)……………………
连作苹果园土壤真菌的 T⁃RFLP 分析 尹承苗,王功帅,李园园,等 (837)………………………………………
棉隆对苹果连作土壤微生物及平邑甜茶幼苗生长的影响 刘恩太,李园园,胡艳丽,等 (847)…………………
两株具有芘降解功能的植物内生细菌的分离筛选及其特性 孙  凯,刘  娟,李  欣,等 (853)………………
种群、群落和生态系统
温度对柑橘始叶螨实验种群生长发育繁殖的影响 李迎洁,王梓英,张国豪,等 (862)…………………………
高原鼠兔有效洞穴密度对青藏高原高寒草甸群落植物生态位的影响 贾婷婷,毛  亮,郭正刚 (869)…………
三工河流域琵琶柴群落特征与土壤因子的相关分析 赵学春,来利明,朱林海,等 (878)………………………
岷江干旱河谷造林对土壤微生物群落结构的影响 王卫霞,罗  达,史作民,等 (890)…………………………
滩涂围垦和土地利用对土壤微生物群落的影响 林  黎,崔  军,陈学萍,等 (899)……………………………
福寿螺对稻田水生植物群落结构的影响 赵本良,章家恩,戴晓燕,等 (907)……………………………………
4种木本植物在潜流人工湿地环境下的适应性与去污效果 陈永华,吴晓芙,郝  君,等 (916)………………
基于静态箱式法和生物量评估海北金露梅灌丛草甸碳收支 李红琴,李英年,张法伟,等 (925)………………
初始 pH值对碱性和酸性水稻土微生物铁还原过程的影响 吴  超,曲  东,刘  浩 (933)……………………
景观、区域和全球生态
库姆塔格柽柳沙包年层稳定碳同位素与气候环境变化 张锦春,姚  拓,刘长仲,等 (943)……………………
资源与产业生态
大棚甜瓜蒸腾规律及其影响因子 张大龙,常毅博,李建明,等 (953)……………………………………………
盐胁迫下荒漠共生植物红砂与珍珠的根茎叶中离子吸收与分配特征 赵  昕,杨小菊,石  勇,等 (963)……
普通鹿蹄草品质与根际和非根际土壤的关系 耿增超,孟令军,刘建军 (973)……………………………………
作物种植前后土壤有机质及养分因子的空间变异分析 方  斌,吴金凤 (983)…………………………………
城乡与社会生态
城市河流健康评价指标体系构建及其应用 邓晓军,许有鹏,翟禄新,等 (993)…………………………………
西藏生态足迹与承载力动态分析 安宝晟,程国栋 (1002)…………………………………………………………
研究简报
三峡库区岸坡消落带草地、弃耕地和耕地土壤微生物及酶活性特征 马  朋,李昌晓,雷  明,等 (1010)……
盐胁迫对 2种栎树苗期生长和根系生长发育的影响 王树凤,胡韵雪,孙海菁,等 (1021)………………………
恒温和变温驯化对大蟾蜍蝌蚪热耐受性的影响 王立志 (1030)…………………………………………………
学术信息与动态
国际生物土壤结皮研究发展态势文献计量分析 贺郝钰,侯春梅,迟秀丽,等 (1035)……………………………
期刊基本参数:CN 11⁃2031 / Q∗1981∗m∗16∗264∗zh∗P∗ ¥ 90􀆰 00∗1510∗30∗2014⁃02
􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒􀥒
封面图说: 大蟾蜍蝌蚪群———大蟾蜍别名癞蛤蟆,体长达 10cm以上,身体肥胖,四肢短,步态及齐足跳的姿势具特征性。 其背
部皮肤厚而干燥,通常有疣,呈黑绿色,常有褐色花斑,趾间具蹼。 毒腺在背部的疣内,受惊后毒腺分泌或射出毒液。
大蟾蜍早春在水中繁殖,可迁移至 1.5km外或更远的适合繁殖的池塘,产卵量很大,产卵数天后蝌蚪即可孵出,1—3
个月后发育为蟾。 大蟾蜍常作为实验动物或药用动物,其耳后腺和皮肤腺的白色分泌物可制成“蟾酥”,可治疗多种
疾病。 研究表明,大蟾蜍蝌蚪最高逃避温度和最高致死温度比最适温度产生的影响要大。
彩图及图说提供: 陈建伟教授  北京林业大学  E⁃mail: cites.chenjw@ 163.com
第 34 卷第 4 期
2014年 2月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.4
Feb.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家公益性(环保)行业科研资助项目(201109056);国家自然科学基金资助项目(41201493)
收稿日期:2013鄄06鄄12; 摇 摇 修订日期:2013鄄10鄄25
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: sgxue@ csu.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201306121677
吴川,莫竞瑜,薛生国,罗超睿.不同渗氧能力水稻品种对砷的耐性和积累.生态学报,2014,34(4):807鄄813.
Wu C, Mo J Y, Xue S G, Luo C R.Characteristics of arsenic (As) tolerance and accumulation in rice (Oryza sativa L.) genotypes with different radial
oxygen loss.Acta Ecologica Sinica,2014,34(4):807鄄813.
不同渗氧能力水稻品种对砷的耐性和积累
吴摇 川,莫竞瑜,薛生国*,罗超睿
(中南大学冶金与环境学院,国家重金属污染防治工程技术研究中心, 长沙摇 410083)
摘要:水稻是目前世界上(尤其是东南亚)最主要的粮食作物之一,也是砷(As)通过食物链进入人体的主要途径。 日益加剧的
土壤砷污染,严重影响了稻米的产量和品质,进而威胁着人体健康。 通过温室实验,研究 CNT 87059鄄 3、玉香油占和巴西陆稻 3
种不同渗氧能力的水稻品种在不同砷浓度处理下的生长情况和砷积累特征,结果表明:(1)渗氧能力强的玉香油占砷耐性指数
最高,砷处理浓度为 2 mg / L时耐性指数高达 0.71,而 CNT 87059鄄3的耐性指数为 0.55,巴西陆稻仅有 0.17;(2)随着砷处理浓度
的升高,3种水稻品种的生物量呈现下降趋势,但渗氧能力强的玉香油占较其它两品种生物量的下降幅度小;(3)在不同砷浓度
处理下水稻地下部分的砷含量有显著性差异(P<0.001),且同种砷浓度处理下不同水稻品种的地下部分砷含量也存在显著性
差异(P<0.01),渗氧能力较强的水稻品种与渗氧能力较弱的品种相比能显著降低砷在根部(地下部分)的积累。 水稻渗氧能力
与其砷耐性和砷积累有显著相关性,渗氧能力越强,水稻的砷耐性越强,砷的积累量越少。 因此,通过筛选渗氧能力强的水稻品
种,有望降低污染农田水稻的砷含量和健康风险。
关键词: 砷;水稻;渗氧;耐性;积累
Characteristics of arsenic (As) tolerance and accumulation in rice (Oryza sativa
L.) genotypes with different radial oxygen loss
WU Chuan, MO Jingyu, XUE Shengguo*, LUO Chaorui
School of Metallurgy and Environment, National Engineering Research Center for Control and Treatment of Heavy鄄Metal Pollution,Central South University,
Changsha 410083, China
Abstract: Rice is currently one of the most important foods in the world (especially Southeast Asia), but arsenic (As)
contamination of rice is one of the main pollution pathways into the human food chain. Arsenic contamination of rice not only
affects its yield and quality, but also threatens human health. There is an urgent requirement to understand the mechanisms
of As tolerance and uptake by rice. In roots, oxygen is required for respiration in order to provide sufficient energy for
growth, maintenance and nutrient uptake. However, significant amounts of oxygen loss through the root apex, (with up to
30%—40% of the oxygen being supplied via the root aerenchyma) to the soil is a process termed as radial oxygen loss
(ROL). ROL occurs in the aerated rhizosphere of plant roots growing in waterlogged soil and results in significant changes
in soil chemistry within the rhizosphere. Previous studies have shown that ROL was related to As accumulation and
speciation, with total ROL from the root system being positively correlated with metal tolerance and negatively correlated
with total and inorganic As in rice grains from 20 different genotypes. This paper assesses As tolerance and accumulation in
three genotypes namely, CNT 87059鄄 3, IAPAR9 and Yuxiangyouzhan; each possessing different ROL under different As
treatments.
Experimental results showed that: (1) Root length was significantly different between the three genotypes ( <0.05),
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(2) Yuxiangyouzhan had the highest ROL and the greatest tolerance index (0.71) when exposed to 2 mg / L As, (3) the
tolerance indices of the three genotypes decreased with increasing As concentration, (4) shoot and root biomass were
significantly different between the three genotypes and treatments (P<0.05) and (5) arsenic concentrations in roots were
significantly different between the three genotypes (P<0.01) ( IAPAR with higher ROL, 336 mg / kg, CNT 87059鄄 3 with
lower ROL, 660 mg / kg), but not significantly different in shoots (P>0.05). It is concluded that ROL is significantly
correlated with As tolerance and accumulation. Rice cultivars with higher ROL have greater As tolerance and lower
accumulation. Therefore, ROL can be a potential selection criterion for selecting suitable rice cultivars to grow in areas of
high As contamination. This study provides significant findings regarding As tolerance in rice related to ROL and provides
potential strategies to mitigate the health risk posed by As contamination. However, the mechanism for As tolerance and
accumulation, as well as field application for mitigating As accumulation in rice grains needs further investigation.
Key Words: arsenic; rice; radial oxygen loss; tolerance; accumulation
摇 摇 土壤的砷污染问题近年来引发了国内外科研工
作者的高度关注[1鄄2]。 国内的很多水稻种植地区跟
矿产开采地区很近,直接导致了水稻土的 As 污
染[3鄄4]。 水稻(Oryza sativa L.)是世界第二、我国第一
大粮食作物,是世界近 30 亿人的主要粮食作物,我
国水稻种植面积近 3200万 hm2。 近年水稻砷污染事
件特别是砷毒性诱发癌症的现象被频频报道,引起
了全世界广泛的关注[3鄄4]。 Liao 等[5]发现在湖南郴
州砷污染稻田上生长的稻米砷含量高达 7.5 mg / kg,
远超出我国大米的食品卫生标准(0.2 mg / kg)。 对
以大米为主要食物的人群来讲,水稻砷(As)污染是
人体暴露砷的重要途径[3]。
清除受污染农田的砷,减少和控制水稻砷的积
累及提高水稻的砷耐性等问题日益受到人们的重
视。 针对大面积的中低砷污染水稻田,物理、化学的
修复方法操作简便,但其成本较高,难以大规模应
用;而生物修复法基本停留在室内和田间示范阶段。
通过筛选和培育对砷高耐性、低积累的水稻品种,以
达到稳产和食品安全的目的被认为是目前最为经济
有效的解决途径之一。 国内外对不同(基因型)水稻
品种的砷吸收和积累做了大量的研究,发现不同水
稻品种之间对砷的吸收和积累存在着显著差异[6鄄7]。
水稻根部被认为由先天(遗传)因素所决定形成
通气组织,以适应淹水的环境[8鄄10];通气组织及不定
根的形成有利于 O2输送到根部,这些氧除了满足根
部的有氧呼吸之外,其中的一部分会渗到根际土壤
中,即所谓渗氧(ROL),不同的水稻品种间的渗氧率
存在明显的差异[11鄄13]。 湿地植物根系渗氧能力与其
对重金属的耐性和积累有关[10,14鄄15]。 水稻地上部分
砷积累和水稻的渗氧能力成反比,水稻谷粒无机砷
(无机砷被认为比有机砷对人体有更大的毒性[16] )
积累也跟水稻的渗氧能力成反比[17鄄18]。 因此,通过
分析水稻渗氧能力,有望筛选砷低积累的水稻品种。
本文拟选择 CNT 87059鄄3、玉香油占和巴西陆稻等 3
种水稻,开展不同渗氧能力水稻品种的砷耐性和积
累特征进行研究,以期筛选砷低积累的水稻品种,降
低污染农田水稻的砷含量和健康风险。
1摇 材料与方法
1.1摇 实验材料
本研究采用的水稻品种有 3 种:CNT 87059鄄 3
(来自中国水稻研究所)、玉香油占和巴西陆稻(来
自广东水稻研究所),这 3种水稻的渗氧能力差异较
大[18]。 表 1列出了 3种水稻品种的相关信息。
1.2摇 温室试验
植株采用 Hoagland营养液在人工温室内进行培
养。 首先将水稻种子用 20%的 H2O2浸泡 20 分钟后
用去离子水洗净,然后播种于湿的灭菌沙土中,萌发
后将幼苗移至 Hoagland 营养液中预培养 15 d,等幼
苗长至 10—20 cm高时选择大小一致的幼苗进行含
砷 Hoagland营养液处理。 砷以 Na2HAsO4·7H2O的
形式加入至营养液(用 0.1 moL / L NaOH和 0.1 moL /
L HCl调节 pH值至 5.8)中,依次设置营养液中砷浓
度为 0,2,4,8 mg / L,每种砷浓度至少做 3次重复。
温室培养环境为:白天 25益,晚上 20益,相对湿
度 70%—75%,光照 14 h,光照强度为 3000 lx。 营养
液保持白天连续通气 12 h,由于吸收和蒸发会导致
营养液的减少,每天要以蒸馏水进行补偿,每4天更
808 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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表 1摇 3种水稻品种的渗氧能力[18]
Table 1摇 The characteristics of three different rice genotypes[18]
品种
Genotypes
亚种
Subspecies
类型
Types
来源地
Origin
孔隙度
Porosity / %
渗氧 ROL
/ (滋molO2·株-1· d-1)
CNT 87059鄄3 籼稻 水稻 泰国 18.88依1.5 7.0依0.05
玉香油占 Yuxiangyouzhan 籼稻 水稻 中国 28.21依3.8 17.5依3.1
巴西陆稻 IAPAR9 粳稻 旱稻 巴西 19.07依5.0 14.7依0.6
换 1次营养液。
培养 30 d后收获植物。 收获的植物样品先用流
动的自来水冲洗 10 min,再用去离子水冲洗 3 次,用
吸水纸擦干植物表面的水分,将水稻植株分为地上
和地下两部分。 先量取植株根的长度后,再放入烘箱
内 30 min(烘箱温度调至 105益)。 然后在 75益环境下
烘 48 h至恒重,测定烘干后的植物样品各部分的质
量,再用粉碎机将植物样品磨碎并过 60目筛备用。
1.3摇 植物耐性指数测定
根据 Ye 等[19]的相关报道,本研究中水稻砷耐
性指数计算如下:
砷耐性指数 = 砷处理的水稻根长
未经砷处理的的水稻根长
伊 100%
1.4摇 植物样品分析
称取烘干植物样品(约 0.1 g),采用湿法消化
(10 mL 浓 HNO3,120益)进行预处理,用电感耦合等
离子体质谱(Elan9000; PerkinElmer, 美国)来测定
消化后的水稻根以及地上部分的总砷含量[20]。
1.5摇 数据处理
实验数据采用 Microsoft Excel 2007 和 SPSS13.0
分析。
2摇 结果与分析
2.1摇 不同渗氧能力水稻品种的砷耐性
3种水稻品种的根系长度随砷处理浓度的增加
显著变短(图 1),不同水稻品种的根长存在显著性
差异(P<0.05)。 不加砷处理时,巴西陆稻的根系最
长,可达 28.58 cm,CNT 87059鄄 3次之,为 14.75 cm,
玉香油占最小为 13.37 cm。 砷处理 30 d 后,3 个品
种的水稻根系长度都有不同程度的减小。 在 2 mg / L
的砷处理条件下,巴西陆稻的根系长度为 4.95 cm,
CNT 87059鄄 3 和玉香油占的根长分别为 8. 07、
9郾 45 cm。
随着砷处理浓度的继续升高,巴西陆稻的根长
显著变短。 当生长介质砷浓度为 8 mg / L 时,水稻根
图 1摇 不同品种水稻在不同浓度砷处理下的根长对比
Fig.1摇 Root growth of three different genotypes of rice under
different arsenic treatments
系长度为 1.33 cm,而 CNT 87059鄄 3和玉香油占的根
长则分别为 0.65 cm、0.73 cm。 在砷处理浓度从 0升
高至 8 mg / L的过程中,巴西陆稻的根系长度减小幅
度最大,而玉香油占根系长度变化相对较小。
在相同的砷浓度处理下,玉香油占的砷耐性指
数最高。 当砷处理浓度为 2 mg / L时,其耐性指数可
达 0.7065,而相同处理下巴西陆稻的耐性指数最低,
只有 0.1732,CNT 87059鄄3则为 0.5475(表 2)。 随着
砷处理浓度的增加,3种水稻品种的砷耐性指数均有
所下降,当砷浓度达到 8 mg / L 时,玉香油占的耐性
指数为 0. 05483, CNT 87059鄄 3 的耐性指数为
0郾 04409,巴西陆稻则是 0.0466。 尽管随着砷浓度增
加,3种水稻的砷耐性指数均有所下降,但玉香油占
表 2摇 不同水稻品种在不同砷浓度处理下的耐性指数
Table 2摇 Arsenic tolerance index of three rice genotypes exposed to
different arsenic concentrations
品种
Genotypes
砷处理浓度 As treatments / (mg / L)
2 4 8
CNT 87059鄄3 0.5475 0.3458 0.0441
玉香油占 Yuxiangyouzhan 0.7065 0.4019 0.0548
巴西陆稻 IAPAR9 0.1732 0.0653 0.0467
908摇 4期 摇 摇 摇 吴川摇 等:不同渗氧能力水稻品种对砷的耐性和积累 摇
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在 3种不同砷浓度处理下的耐性指数比其它两个品
种均较大,这说明水稻的砷耐性可能与水稻品种本
身性质有关。
2.2摇 不同渗氧能力水稻品种的生物量
砷处理 30 d 后,3 种水稻品种的根系和地上部
分生物量降低(表 3)。 不同砷处理浓度均对水稻生
物量有显著影响(P<0.05),不同水稻品种的生物量
也存在显著性差异(P<0.05)。 在对照条件(不施加
砷)下,CNT 87059鄄 3 的地上部分和根系生物量最
高,巴西陆稻次之,玉香油占最小。 随着砷处理浓度
的升高,3种水稻品种的生物量均呈下降趋势。 当生
长介质砷浓度为 8 mg / L时,玉香油占的地下部分生
物量最高,为 0.022 mg / kg,较对照降低 48.84%;CNT
87059鄄3的地下部分生物量最低,为 0.014 mg / kg,降
低了 73. 08%;巴西陆稻则是 0. 015 mg / kg,降低
70郾 00%。 植物的地上部分所受影响更为明显。 受
影响最大的为 CNT 87059鄄3,其地上部分生物量随砷
处理浓度增加而显著减少,当砷处理浓度大于
4 mg / L时,其地上部分生物量降低 98.64%,而玉香
油占和巴西陆稻的生物量分别降低 46. 08%和
56.36%
在砷处理条件下,3个水稻品种生物量减少比例
大小顺序为:玉香油占<巴西陆稻明渗氧能力较强的水稻品种(玉香油占)砷的耐性较
强,渗氧能力较弱的水稻品种(CNT 87059鄄3)砷的耐
性较差。
表 3摇 不同水稻品种在不同砷浓度处理下的生物量
Table 3摇 Shoot and root biomass of three rice genotypes exposed to different arsenic concentrations for 30 days
砷处理浓度
As treatments /
(mg / L)
地下部分生物量 / (g /株)
Root Biomass
CNT 87059鄄3 玉香油占Yuxiangyouzhan
巴西陆稻
IAPAR9
地上部分生物量 / (g /株)
Shoot Biomass
CNT 87059鄄3 玉香油占Yuxiangyouzhan
巴西陆稻
IAPAR9
0 0.052依0.007 0.043依0.005 0.050依0.009 0.110依0.014 0.102依0.015 0.110依0.020
2 0.033依0.003 0.031依0.007 0.016依0.001 0.061依0.008 0.075依0.014 0.040依0.005
4 0.029依0.060 0.026依0.003 0.020依0.007 0.002依0.007 0.055依0.004 0.048依0.019
8 0.014依0.001 0.022依0.004 0.015依0.001 0.001依0.003 0.014依0.001 0.043依0.003
方差分析 Analysis of variance
水稻品种 (G) P<0.05 P<0.001
砷处理 (A) P<0.001 P<0.01
G伊A P<0.05 P<0.001
摇 摇 表中数值为平均值 依 标准方差 (n= 3)
2.3摇 不同渗氧能力水稻品种的砷积累
由表 2和表 3 可知,渗氧能力越强的水稻品种
对砷的耐性就越强。 为了进一步分析渗氧能力与砷
吸收的关系,结合水稻品种(粳稻、籼稻)类型,选取
巴西陆稻以及 CNT 87059鄄3两个品种的水稻进行地
上和地下部分砷含量的比较。 结果(表 4)表明,水
稻地下部分和地上部分砷含量在不同砷浓度处理下
均有显著性差异(P<0郾 001),同种砷浓度处理下不
同水稻品种的地下部分砷含量也存在显著性差异
(P<0.01),但不同水稻品种在同种砷浓度处理下的
地上部分砷含量并没有显著性差异(P>0.05)。 在砷
含量达到 8 mg / L之时,渗氧能力较弱的 CNT 87059鄄
3的地下部分砷含量可达 660 mg / kg,显著高于渗氧
能力较强的巴西陆稻的 336 mg / kg。
3摇 讨论
本研究发现,砷处理明显抑制了水稻的生长,
2—8 mg / L砷浓度处理后水稻的根长和生物量较对
照组相比显著降低(P<0.05)。 同样的现象在其他研
究中也有发现,如 0.8 mg / L 砷处理[21]和 1—8 mg / L
砷处理[22]显著降低了水稻的生物量和植株高度。
然而,刘志彦等[8]研究了砷对水稻品系幼苗生长的
影响,发现不同浓度(0—4 mg / L)的砷对供试水稻品
系根部生物量无显著影响(P>0.05),且低剂量的砷
(0.5 mg / L)促进了供试常规稻的生长,这可能与砷
处理浓度和供试水稻品种相关。
对于同一品种的水稻,不同器官的砷积累量差
异较大,其中以根的积累能力最强,且一般以根>茎>
叶>籽粒(或糙米)的顺序递减[18,22]。 刘志彦等[8]研
018 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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表 4摇 不同砷浓度处理 30 d后的水稻砷含量
Table 4摇 Arsenic concentrations of shoots and roots of three rice genotypes exposed to different arsenic concentrations for 30 days
砷处理浓度 / (mg / L)
As treatments
地下部分砷含量 / (mg / kg)
As concentrations in roots
CNT 87059鄄3 巴西陆稻 IAPAR9
地上部分砷含量 / (mg / kg)
As concentrations in shoots
CNT 87059鄄3 巴西陆稻 IAPAR9
0 1.84依1.39 3.75依0.55 0.36依0.17 0.32依0.17
2 279依43.0 88.4依24.4 3.38依1.65 2.43依0.67
4 229依57.9 218依34.3 7.16依2.83 7.70依2.26
8 660依233 336依135 18.1依8.85 23.8依7.17
方差分析 Analysis of variance
水稻品种 (G) P<0.01 NS
砷处理 (A) P<0.001 P<0.001
G伊A P<0.05 NS
摇 摇 表中数值为平均值 依 标准方差 (n= 3); NS 代表差异显著性未达到 P= 0.05水平
究发现水稻地上部分的砷积累量随基质中砷浓度的
升高总体呈增加趋势,水稻根部砷的积累量为
156郾 31—504. 03 mg / kg,占总砷含量的 63. 40%—
81郾 90%,远远高于其地上部分的砷积累量。 这与本
研究水稻地下部分砷积累量(88.4—660 mg / kg)显
著高于地上部分(3.43—23.8 mg / kg)的结果类似,表
明水稻吸收的砷主要积累在植物根系。 国内外学者
对不同(基因型)水稻品种砷吸收和积累研究发现,
即使生长于同一砷污染条件下,不同水稻品种的砷
吸收和积累也存在着显著差异[7]。 本研究发现三种
不同渗氧能力的水稻品种地下部分对砷的积累有显
著性差异(P<0.01),且渗氧能力较高的水稻品种对
砷的吸收较低,表明可通过测定水稻的渗氧能力来
筛选适宜的水稻品种以降低稻米的砷积累量。
湿地植物对淹水环境的适应与根系的通气能力
有关[23鄄24]。 植物体内氧的运输系统———通气组织的
发展是最为重要的,这个系统一方面提供根呼吸所
需要的氧,另一方面通过渗氧而氧化根际环境[11鄄12]。
渗氧的发生会氧化浸水土壤中的植物根际,导致根
际土壤化学性质的明显变化,导致根际土壤中毒性元
素的沉降,影响重金属在土壤中的生物有效性等[25]。
Liu 等[14]发现 3 种红树植物(Aegiceras corniculatum,
Avicennia marina 和 Bruguiera gymnorrhiza)的重金属
耐性与其渗氧能力存在显著正相关性。 Deng 等[9]
也发现在 10 种湿地植物的渗氧量与其对 Fe / Zn 的
耐性显著相关。 Wu 和 Mei 等[11,17]研究了多种水稻
品种,发现其地上部分对砷的积累与渗氧呈负相关。
但之前的研究都集中在单一土壤培养条件下,本研
究发现渗氧能力较强的水稻品种比渗氧能力弱的水
稻品种有较高的耐性指数,且地下部分对砷的积累
也较低,进一步验证了渗氧与植物重金属耐性的相
关性。
渗氧还可以通过影响根际微生物的氧化作用来
影响有毒元素的氧化和沉降[26]。 由于湿地植物(包
括水稻)根系渗氧的产生以及根际微生物的活动等,
导致根际环境中的 Fe2+氧化成 Fe3+,并形成红棕色
的铁锰氧化物胶膜附着在根系和根际土壤颗粒的表
面,将这些铁锰氧化物胶膜称之为铁膜[27鄄28]。 不同
水稻品种根表、根际环境所形成的铁膜量具有显著
性差异,铁膜可以影响水稻的砷吸收和积累[29鄄30]。
影响铁膜形态和数量的因素有很多,包括植物根系
渗氧、温度、pH 值、CO2、土壤通透性以及土壤中的
Fe、Mn、Al含量以及一系列微生物活动等,根系渗氧
被认为是控制铁膜形成的最重要的生物因素[31]。
渗氧对水稻砷吸收的影响的原因,可能是因其对铁
膜形成的影响。
4摇 结论
(1)不同渗氧能力(玉香油占>巴西陆稻> CNT
87059鄄3)的水稻品种的耐性指数不同,渗氧能力最
强的玉香油占的耐性指数(2 mg / L 的砷处理)最高,
为 0.71;CNT 87059鄄3为 0.55,巴西陆稻为 0.17。 随
着砷处理浓度的升高,3种水稻品种的耐性指数均有
所下降。
(2)砷处理 30 d 后,不同水稻品种生物量存在
显著差异(P<0.05),但渗氧能力高的水稻品种比渗
氧能力较低的品种随砷处理浓度增加生物量的降低
较少。 随着砷处理浓度的增加,3种水稻品种生物量
118摇 4期 摇 摇 摇 吴川摇 等:不同渗氧能力水稻品种对砷的耐性和积累 摇
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减少比例大小顺序为:玉香油占 <巴西陆稻 87059鄄3。
(3)不同水稻品种的地下部分砷含量存在显著
性差异(P<0.01),但地上部分砷含量不存在显著性
差异(P>0.05)。 渗氧能力较强的水稻品种与渗氧能
力较弱的品种相比,能显著减少砷在根部(地下部
分)的积累。
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318摇 4期 摇 摇 摇 吴川摇 等:不同渗氧能力水稻品种对砷的耐性和积累 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol.34,No.4 Feb.,2014(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
The bioavailability of dissolved organic carbon in the eutrophic lakes YE Linlin, KONG Fanxiang, SHI Xiaoli,et al (779)…………
Plant species of the non⁃agricultural habitats in the lower reaches of the Yellow River plain agro⁃landscape
LU Xunling, LIANG Guofu, TANG Qian, et al (789)
…………………………
………………………………………………………………………………
Autecology & Fundamentals
Manganese stress on the ultrastructures of a manganese tolerant plant,Polygonum perfoliatum L.
WANG Jun, WU Hui, XUE Shengguo, et al (798)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
Characteristics of arsenic (As) tolerance and accumulation in rice (Oryza sativa L.) genotypes with different radial oxygen loss
WU Chuan, MO Jingyu, XUE Shengguo, et al (807)
……
………………………………………………………………………………
Effects of water stress on physiological characteristics of different Illicium lanceolatum ecotypes under low light intensity
CAO Yonghui, ZHOU Benzhi, CHEN Shuanglin (814)
……………
……………………………………………………………………………
Effect of branch number on the growth and development of Morus alba saplings HUAN Huihui, XU Xiao, LIU Gang, et al (823)…
Spatial distribution pattern and sampling technique for Orthotylus (O.) sophorae nymphs on Sophora japonica
ZHU Huiying, SHEN Ping,WU Jianhua, et al (832)
…………………………
………………………………………………………………………………
Assessment of fungal diversity in apple replanted orchard soils by T⁃RFLP analysis
YIN Chengmiao, WANG Gongshuai, LI Yuanyuan, et al (837)
……………………………………………………
……………………………………………………………………
Effects of dazomet on edaphon and growth of Malus hupehensis rehd. under continuous apple cropping
LIU Entai, LI Yuanyuan, HU Yanli, et al (847)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Isolation, identification, and performance of two pyrene⁃degrading endophytic bacteria SUN Kai, LIU Juan, LI Xin, et al (853)……
Population, Community and Ecosystem
Effects of different temperatures on the growth and development of Eotetranychus Kankitus (Ehara)
LI Yingjie,WANG Ziying,ZHANG Guohao,et al (862)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of available burrow densities of plateau pika (Ochotona curzoniae) on plant niche of alpine meadow communities in the
Qinghai⁃Tibet Plateau JIA Tingting, MAO Liang, GUO Zhenggang (869)…………………………………………………………
Correlation between characteristics of Reaumuria soongarica communities and soil factors in the Sangong River basin
ZHAO Xuechun, LAI Liming, ZHU Linhai, et al (878)
…………………
……………………………………………………………………………
Effects of afforestation on soil microbial community structure in the arid valley of Minjiang River
WANG Weixia, LUO Da, SHI Zuomin, et al (890)
……………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of reclamation on tidal flat and land use on soil microbial community
LIN Li, CUI Jun, CHEN Xueping, FANG Changming (899)
…………………………………………………………
………………………………………………………………………
Effects of Pomacea canaliculata on aquatic macrophyte community structure in paddy fields
ZHAO Benliang, ZHANG Jiaen, DAI Xiaoyan, et al (907)
…………………………………………
………………………………………………………………………
The adaptability and decontamination effect of four kinds of woody plants in constructed wetland environment
CHEN Yonghua, WU Xiaofu, HAO Jun, et al (916)
………………………
………………………………………………………………………………
Carbon budget of alpine Potentilla fruticosa shrubland based on comprehensive techniques of static chamber and biomass harvesting
LI Hongqin, LI Yingnian, ZHANG Fawei, et al (925)

……………………………………………………………………………
Effect of initial pH value on microbial Fe (Ⅲ) reduction in alkaline and acidic paddy soils WU Chao,QU Dong,LIU Hao (933)…
Landscape, Regional and Global Ecology
Climate environmental change and stable carbon isotopes in age layers of Tamarix sand⁃hillocks in Kumtag desert
ZHANG Jinchun,YAO Tuo, LIU Changzhong, et al (943)
……………………
…………………………………………………………………………
Resource and Industrial Ecology
The critical factors of transpiration on muskmelon in plastic greenhouse ZHANG Dalong,CHANG Yibo, LI Jianming,et al (953)……
Ion absorption and distribution of symbiotic Reaumuria soongorica and Salsola passerina seedlings under NaCl stress
ZHAO Xin, YANG Xiaoju, SHI Yong, et al (963)
…………………
…………………………………………………………………………………
The relationship between selected rhizosphere and non⁃rhizosphere soil properties and the quality of Pyrola decorata
GENG Zengchao,MENG Lingjun,LIU Jianjun (973)
…………………
………………………………………………………………………………
Spatial variation analysis of soil organic matter and nutrient factor for before and after planting crops
FANG Bin, WU Jinfeng (983)
…………………………………
………………………………………………………………………………………………………
Urban, Rural and Social Ecology
Establishment and application of the index system for urban river health assessment
DENG Xiaojun,XU Youpeng,ZHAI Luxin,et al (993)
……………………………………………………
………………………………………………………………………………
Dynamic analysis of the ecological footprint and carrying capacity of tibet AN Baosheng, CHENG Guodong (1002)…………………
Research Notes
Responses of soil microorganisms and soil enzyme activities to different land use patterns in the water⁃level⁃fluctuating zone of
the Three Gorges Reservoir region MA Peng, LI Changxiao, LEI Ming, et al (1010)……………………………………………
Effects of salt stress on growth and root development of two oak seedlings
WANG Shufeng, HU Yunxue, SUN Haijing, et al (1021)
………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
The effects of constant and variable thermal acclimation on thermal tolerance of the common giant toad tadpoles (Bufo gargarizans)
WANG Lizhi (1030)

…………………………………………………………………………………………………………………
2401   生  态  学  报      34卷 
叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
国内邮发代号院愿圆鄄苑袁国外邮发代号院酝远苑园
标准刊号院陨杂杂晕 员园园园鄄园怨猿猿摇 摇 悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝
全国各地邮局均可订阅袁也可直接与编辑部联系购买遥 欢迎广大科技工作者尧科研单位尧高等院校尧图书
馆等订阅遥
通讯地址院 员园园园愿缘 北京海淀区双清路 员愿号摇 电摇 摇 话院 渊园员园冤远圆怨源员园怨怨曰 远圆愿源猿猿远圆
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本期责任副主编摇 董摇 鸣摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
渊杂匀耘晕郧栽粤陨摇 载哉耘月粤韵冤
渊半月刊摇 员怨愿员年 猿月创刊冤
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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主摇 摇 编摇 王如松
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
主摇 摇 办摇 中国生态学学会
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