水稻不同品种在海南富硒土壤中硒的吸收和分配机理.pdf

中国土壤与肥料2 0 0 9 6 水稻不 同品种在海 南富硒 土壤 中硒 的吸收和分配机理 杜前进 张永发 唐树梅 龙开意 曾宾 李国强 海南大学农学院 海南儋州5 7 1 7 3 7 摘要 利用盆栽研究 了 5个水稻 品种在 两种不 同的富硒土壤 中 s e吸收 累积的生 育期 动态变化 和 S e在水 稻植株 不同部位的分配机理 结果表明 随着生长发育期的推进 水稻在孕穗期对 s e 含量和累积量同时骤增 从苗期到 孕穗期水稻 s e的累积量占总S e累积量的4 5 5 6 7 同时 s e含量也达到最高 说明这一段时期是水稻吸收s e 的关键时期 在富硒土壤 1中水稻各器官 s e 含量都显著大于相应土壤 2中水稻各器官 水稻各器官 s e含量顺序 依次为根 叶 茎 籽粒 s e 易向营养体富集 5个水稻品种中只有杂交稻在土壤 1中生长正常 3个常规水稻 中旱 1 4 2 0 0 4 9 5 稻翅品种在土壤2中的S O D P O D酶活性 比土壤 l中呈明显减小趋势 但杂交稻特优 1 0 S O D 酶活性变化相反 其 P O D酶活性变化的幅度也最小 在土壤 2中5个水稻品种生长都正常 杂交稻的平均硒含量 最低 但累积量最高 关键 词 水稻 品种 硒含量 累积量 中图分类号 S 1 5 8 3 5 1 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 3 6 2 5 7 2 0 0 9 0 6 0 0 3 7 0 4 硒是瑞士化学家 B e r z e l i u s于 1 8 1 7年首先发现 的化学元素 1 0 0多年来 硒一直被认为是对人体 有害的元素 直到 1 9 5 7年美国的 K S c h u a r z 才发现 硒是一种生物微量元素 J 现已被世界卫生组织确 认为生物体必需营养元素之一 硒是一种多功能性 的营养元素 具 有清 除体 内 自由基 抗膜脂 过氧 化 防止衰老 防癌等作用 4 2 0 0 5年海南发现 了大面积的富硒土壤 开展在水稻生产 中如何利用 富硒土壤的应用研究对海南省 的高效特色农业和提 高农民收人具有现实意义 1 材料与方法 1 1 材料 供试 品种 5个供试 品种为经 过筛选 的品种 有富硒 的浙江水稻 2 0 0 4 9 5 中旱 1 4和不 富硒 的稻翅及杂交稻特优 1 0 在海南试验种植多年 由 中国热带农业科学院品种资源研究所提供 供试土壤 海南省儋州地区花 岗岩砖红壤 从 3 1 种水稻土中挑选出来两种含硒量 I 0 4 m g k g 的富硒土壤 其基本理化性状如表 1 收稿 日期 2 0 0 9 0 3 0 5 最后修订 日期 2 0 0 9 0 5 2 0 基金项 目 海南省重点学科 栽 培学 与耕 作学 项 目支助 海南 省重点科技计划项 目支助 0 8 0 4 0 2 作者简介 杜前进 1 9 6 9一 男 硕士 研究方向为土壤与植 物 营养 通讯作者为唐树梅 表 1 供试土壤基本理化性状 土壤质地 H 堕 塑 兰 土壤 1 重壤1 4 3 4 2 5 2 1 6 3 9 5 0 8 1 9 2 0 1 0 1 土壤 2 中壤1 8 8 5 5 4 6 9 3 6 7 1 1 1 0 8 2 6 0 0 2 8 3 1 2设计与实施 试验于 2 0 0 8年 3 7月在海南大学农学院基地 进行 试验处理共 l 0个 即 5个水稻品种和两种 土壤 S e 水平交互配置 采用 3 0 c m X 3 5 c m 的塑 料桶装土 土壤经风干后过筛孔直径为 3 fi l m的筛 后混匀 以市售塑料桶作栽培盆 每桶装 7 5 k g 风 干土 加入肥料 尿素 1 4 g 过磷酸钙 4 3 8 g 氯 化钾 1 1 6 g 混匀 淹水浸泡两周后播种 采取催芽 后移苗 的方式 每盆4穴 每穴移苗2株 分别于苗 期 孕穗期 灌浆期 成熟期采样 6次重复 苗期 采每盆最中间的一株 孕穗期采每盆长势最好的一 株 灌浆期采每盆长势差的一株 成熟期采最后一 株 分别测定植株各器官生物量 S e 含量 样品采集 植株 样品分别 采集 了根 茎 叶 穗 籽粒 籽粒于 7 0 C下烘干 手工脱粒 碾糙米 得糙米样品 同时收集谷壳 植物收获时每个生长 时期取植株样品 实验室杀青 烘干 备用 水稻 和植株样品粉碎 过 0 5 fi l m筛 低温贮藏 1 3 测定 方法 土壤 全 硒 测 定 原 子 荧 光 光 谱 仪 A F S一 8 2 0 A 法 一 3 7 中国土壤与肥料2 0 0 9 6 植株硒 含量测 定 原子 荧光 光谱 仪 A F S一 8 2 0 A 法 植物抗性 生理指 标 的测定 称取 鲜叶 0 2 g 加入 2 mL 0 0 5 m o l L p H 7 8的磷酸缓 冲液 冰浴 研磨 于 1 0 0 0 0 r m i n 0 4 离心 1 0 1 5 mi n 取上清液为粗酶提取液 超氧化物歧化酶 S O D 活性 用 氮 蓝 四唑 N B T 法 测 定 过 氧 化 物 酶 P O D 活性用愈创木酚法测定 2 结果与分析 2 1 供试水稻的穗 籽在两种土壤中硒的含量 表 2 供试水稻 的穗 籽在两种土壤 中硒的含量 mg k g 注 同 N相l 司的字母表 下数值之间差异不显著 P O 一 表不浙 江水稻在高硒土壤中于成熟期已经基本死亡 没有采集到籽 从表 2中可以看 出 土壤 1中各个时期穗 籽 硒含量 比土壤 2中的大 在土壤 1中看 出 灌浆期 的不同品种间穗 硒含量差异显著 杂交稻特优 1 0 穗硒的含量在灌浆期也 比其它品种都高 两个水稻 品种 2 0 0 4 9 5和中旱 1 4品种的籽硒含量差异不显 著 与其他两个水稻 品种稻翅 杂交稻特优 1 O的 差异显著 杂交稻特优 1 0籽硒含量最高 2 2 不同品种不同生育期不 同部位在 两种土壤 中 硒含量的动态变化 1 0 9 8 7 6 誉 5 删4 抽3 罄2 1 0 嘉 萎 妻 霎 萎 襄 嚣 嚣 嚣 姑 糕 蘸 蕺 蒜 蒜 扭 爵 联 蚝 碰 餐 镫 图 1 不同水稻品种在土壤 1中的不 同部位 不同生育期 S e 含量动态变化 一 3 8 一 从图 1 可以看 出 5个品种在土壤 1中的各个 部位不同时期硒 的含量都很高 最高 的特优 1 0孕 穗期的根硒含量 8 8 5 mg k g 最低 的稻翅灌浆 期穗硒含量 0 9 8 m g k g 不同部位 同一生长 时 期根的硒含量最高 叶硒 的含量大 于茎硒 的含量 灌浆期时穗硒含 量最低 成熟期 时籽硒含量最低 s e 易 向营养体富集 5个品种在整个生长期 中孕穗 期的硒的平均含量最高 成熟期平 均含量 最低 5 个品种中特优 l O硒的平均含量 4 9 2 mg 一为最 高 中旱 l 4硒的平均含量 3 3 1 m g k g 为最低 亡 古 吉 鞯 箨 苦 鬟 暴 躁 簌 暴 躁 躁 最 躁 踬 鞭 嚣 嚣 嚣 轱 嫌 蒜 蘸 磙 粗 得 卧 件 蜓 辫镊 镊 援 图 2 不同水稻 品种在土壤 2中的各个器官 不 同生育期 S e含量动态变化 从图 1 图 2中可 以看 出 5个品种在土 壤 2 中的各个部位不 同时期硒的含量比土壤 1中相对应 部位都低 最高 的中旱 1 4孕穗 期 的根硒 的含量 1 4 4 m g k g 最低的特优 1 0苗期硒的含量 0 1 2 m g k g 不同部位同一生长时期根 的硒 的含量最 高 叶硒的含量大于茎硒的含量 S e易向营养体富 集 这和土壤 1是一样 的 但是 在灌浆期穗硒的含 量大于茎硒的含量 成熟期籽硒的含量大于茎硒 的 含量 这和土壤 1有很大不 同 5个品种在整个生 长期中孕穗期的硒的平均含量最高 成熟期平均含 量最低 5个品种中 中旱 1 4相对应的部位硒的平 均含量 0 6 8 mg k g 为最高 特优 1 0对应 的部位 硒的平均含量 0 5 1 m g k g 为最低 2 3 供试品种在两种土壤中不同生育期硒 的累积 量分布 虽 啪 鳓 十壤 1 十壤 2 图 3 供试 品种在两种土壤 中不 同生育期硒 的累积量分布 0 0 0 0 O O 0 0 0 0 O 0 0 O O 0 O O 0 0 O 0 O 0 5 O 5 0 5 0 5 3 3 2 2 l v 器 喾鲁 甚 中国土壤与肥料2 0 0 9 6 图 3是不同生育期 5个水稻 品种 每个品种两 株 3次重 复 在 两种 土壤 中硒 的 累积量 包 括 根 茎 叶 籽的积累量 分 布情况 土壤 1中 5 个品种硒的累积量在各个时期都大于土壤 2 说明 水稻硒 的累积量和土壤硒 的含量关 系密切 苗期的 累积量都很小 这时期是水稻发育的初始时期 生 物量很小 从苗期到孕穗期累积量 孕穗期积累的 累积量减去苗期 最大 占整个生育期 的4 5 5 6 7 这时期是水稻硒的累积量 的关键时期 5个 品种中杂交稻特优 l 0在整个生育期 累积量都 是最 高的 旱稻中旱 1 4累积量最低 这可 能跟水 稻的 品种有关 也能说明就硒累积量而言杂交稻具有一 定的优势 2 4 不 同品种成熟期 的茎在两种土壤 中抗 氧化 酶 活性对 比 图 4表明两种土壤中4个不 同品种成熟期的茎 S O D酶活性 3个常规水稻 中旱 1 4 2 0 0 4 9 5 稻 翅品种在土壤 2中的 S O D酶活性比土壤 1呈明显的 减小趋 势 但杂 交稻特 优 l 0的 S O D酶活性 变 化 相 反 善 1 2 1 0 6 4 盗z 一 图 田 2004 95 日 中 旱 14 稻 翅 口 特 优 l0 f 土壤 1 土壤2 田 2 00 4 9 5 日 中早 1 4 稻翅 啊特 优 l O 图 5两 种 土 壤 中 4个 不 同 品 种 成 熟 期 的茎 P O D酶活性对 比 图 5反映了两种土壤 中4个不 同品种成熟期 的 茎 P O D酶活性 所有 品种在土壤 2中的 P O D酶活 性 比土壤 1呈明显减小趋势 杂交稻特优 1 0 P O D 酶活性变化的幅度最小 浙江水稻品种在低硒土壤 2中生长正常 在高 硒土壤 1中却死亡 由于土壤 1 硒全量达到了 1 9 2 mg k g 在其他条件相 同的情况下极可能是硒 中 毒 但杂交水稻生长比常规水稻要好很多 植物抗 性生理测定 S O D酶活性变化却相反 说 明杂交稻具 有较强的硒耐受能力 3讨 论 从供试品种在两种土壤 中硒的相对含量可知 富硒土壤 中各 个 时期 叶 茎 根 穗 籽硒 含量 比低硒土壤 中相应 部位 高 说 明供试 品种硒 的相 对含量与土壤 的硒 含量关 系密切 胡秋 辉等对 大 豆施用硒 酸钠 和不 施 S e的试 验结 果表 明 施 S e 时 s e易向籽粒 富集 供 s e不充 分 时则没有 表现 出明显 的籽粒富集 现象 与本试 验条件 高硒土壤 和低硒土壤相 似 结果也 相近 供 试 品种在 同一 土壤 中水 稻各 器 官 S e含 量顺 序 依次 为根 叶 茎 籽粒 5个水稻品种对两种不同的富硒土壤 中 S e吸收 累积在各个生育期是不相等的 这与吴永尧 J 王 其兵 j 周鑫斌 等对落花生 水稻的研究结果相 似 说明水稻对土壤 S e具 有主动吸收 的特点 随 着植株的生长发育 干物质和 s e元素 的累积量不 断增加 在孕穗期 S e累积量 骤增 至成熟期达 到 高峰 说 明这一段时期是水稻 S e吸收的关键时期 水稻吸收的大部分 S e是在这个 时期完成的 这意 味着 5个品种水稻在全生育期 S e的吸收动态是非 恒定 的 植物在逆境 条件下 的膜脂过 氧化 反应和保 护 酶系统 S O D P O D C A T活 性 的变化 己广泛应 用 于植 物对逆境 的反应 机理 的研 究 由于活性 氧 自 由基 的毒害作用 植 物 自身会 存在 一种保护 系统 来 清 除产 生 的活 性 氧 自 由基 S O D P O D C A T 是抗 氧化酶 防御 系统 中的重要保 护酶 能够对 自 由基 和过氧化物 起清 除作用 S O D作为超 氧 自由 基 清除剂 其活性 高低与植 物抗性 大小有一 定的 相关性 常规水稻在土壤 2中的 S O D P O D酶活性 比土 壤 1 呈 明显 的减小趋势 说 明土壤 1中水稻茎的活 性氧积累比土壤 2中的多 尤其是浙江水稻品种在 土壤 2中生长正常 在土壤 1中却死亡 由于土壤 1硒含量达到 了 1 9 2 m g k g 在其他条件相同的 情况下极可能是硒中毒 但杂交水稻生长比常规水 稻要好很 多 植物抗性生理测定也没有 明显差异 一 3 9 一 加 0 一 壹 I 珊 翟 n 一 蜒黻 0 0 d 中国土壤与肥料2 0 0 9 6 说明杂交稻具有较 强 的硒耐受 能力 这与王 凯荣 等 和刘建 国等 m 的研究结果相似 杂交稻 比常 规稻对 P d C d有较强 的吸收及运输能力 在土壤 2中5种水稻品种生长都正常 杂交稻的平均硒含 量最低 但累积量最高 4 结论 4 1 水稻在苗期 分蘖期 灌浆期 成熟期 的硒 含量跟土壤的硒含量有显著的相关性 即土壤 的硒 含量高 同一品种水 稻的各生育期 的根 茎 叶 籽的硒含量比土壤的硒含量低的要高 在 同一土壤 中水稻各器官 S e含量顺 序依次为根 叶 茎 籽 粒 s e易向营养体富集 4 2 5种水稻品种在两种不同的富硒土壤 中 S e吸 收累积 的生育期 动态变化 随着生长发育期 的推 进 水稻在孕穗期 对 S e含量和 累积量 同时骤增 从苗期到孕穗期水稻 S e的累积量 占总 S e累积量 的 4 5 5 6 7 同时 S e含量也达 到最 高 说 明苗 期到孕穗期是水稻吸收 S e的关键时期 4 3 3个常规水稻 中旱 1 4 2 0 0 4 9 5 稻翅 品种 在土壤 2中的 S O D P O D酶活性 比土壤 1呈明显的 减小趋势 但杂交稻特优 1 0 S O D酶活性变化却相 反 其 P O D酶活性变化 的幅度也最小 试验 中的 杂交稻比常规水稻具有较强的硒耐受能力 参考文献 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 徐光禄 薛立岚 克山病 区与非 病区人群饮食 硒含量和机 体硒状态 J 营养学报 1 9 8 2 4 3 1 8 3 1 9 0 李继云 任 尚学 陈代 中 陕西 省环境 中的硒 与大骨节病 关系的研究 J 环境科学报 1 9 8 2 2 2 9 1 1 0 1 张雪林 姚鼎汉 水网地 区水 稻上 的累积量 及根外施硒对 糙米硒含量的影 响 J 土壤学报 2 0 0 0 5 4 3 4 9 Gu p t a U C Gu p t a M D S C S e l e n i u m i n s o i l s a n d c r o p s i t s d i ff e r e n c e J S o i l S c i p l a n t A n i m a l 2 0 0 0 3 1 1 1 1 4 1 7 91一l 8 0 7 候 小 健 海 南 首次 发 现 大 面积 富 硒 土 壤 N 海 南 日 报 2 0 0 6 吴永尧 罗泽 民 彭振坤 不 同供硒水平对 水稻生长 的影 响及其硒 积 累研 究 J 湖南 农 业 大学 学 报 1 9 9 8 2 4 3 1 7 6 1 7 8 王其兵 吴金绥 赵义 芳 等 落花生不 同器 官对硒元 素 的吸收和累积动 态研 究 J 作 物学 报 1 9 9 7 3 9 2 1 6 4 1 6 8 周鑫斌 施卫明 杨林章 富硒 与非 富硒水 稻品种对硒 的 吸 收分配 的差 异及机 理 J 土壤 2 0 0 7 3 9 5 7 3 1 7 3 6 王凯荣 龚惠群 两种 基因型水稻对 环境镉吸收 与再分配 差 异性 比较 研 究 J 农 业 环 境 保 护 1 9 9 6 1 3 4 1 4 3 1 4 9 1 7 6 刘建 国 陆小龙 杨 建 昌 等 水稻不 同品种对镉 吸收及 分配的差 异 J 农 业 环 境 科 学 学 报 2 0 0 3 2 2 3 5 2 9 5 3 2 The a bs o r pt i o n a nd di s t ribu tio n me c ha ni s ms o f s e l e ni u m f r o m H na n s e l e ni um r i c h s oi l b y di ffe r e n t ric e v a r i e t i e s D U Q i a n j i n Z H A N G Y o n g f a T A N G S h u m e i L O N G K a i y i Z E N G B i n L I G u o q i a n g A g r i c u l t u r e C o l l e g e H a i n a n U n i v e r s i t y H a i n a n D a n z h o u 5 7 1 7 3 7 Ab s t r a c t F i v e r i c e v a ri e t i e s w e r e c h o s e n t o c o n d u c t t h e fi e l d e x p e ri me n t s a n d t h e d i f f e r e n c e o f a b s o r p t i o n a n d a c c u mu l a t i o n 0 f s o i 1 s e l e n i u m b y di f f e r e nt ric e v a rie t i e s we r e s t ud i e d T he ma i n f i n d i n g s we r e a s f o l l o ws Th e s e l e ni u m c o n c e n t r a t i o n s o f d i f f e r e n t r i c e v a ri e t i e s i n t h e e x p e ri me n t h a d s i g n i f i c a n t l y c o r r e l a t i o n w i t h t h e s o i l s e l e n i u m c o n c e n t r a t i o n s d u ri n g t h e s e e d l i n g t i l l e r i n g g r a i n fi l l l i n g a n d ma t u r e s t a g e s T h e s e l e n i u m c o n c e n t r a t i o n s o f d i f f e r e n t o r g a n s r o o t s s t e m s l e a v e s a n d ri c e s i n t h e s a m e r i c e v a ri e t y i n t h e s o i l s wit h h i g h e r s e l e n i u m c o n c e n t r a t i o n s w e r e h i g h e r t h a n t h e o n e s i n t h e s o i l s w i t h l o we r s e l e n i um c o n c e n t r a t i o n s d u rin g d i ffe r e nt s t a g e s Th e o r d e rs o f s e l e ni um c o n c e n t r a t i o n s o f d i ffe r e n t o r g a n s i n t h e s a me ri c e v a r i e t y w e r e r o o t l e a f s t e m r i c e w h i c h i n d i c a t e d t h a t t h e s e l e n i u m w a s p r o n e t o b e a c c u mu l a t e d b y t h e n u t rie n t o r g a n Th e d y n a mi c c h a n g e s d uring t he gro wt h s t a g e f o r t he a bs o r p t i o n a n d a c c u mul a t i o n o f s e l e ni u m f r o m t wo d i ff e r e n t s e l e n i u m r i c h s o i l s b y t h e e x p e ri me n t r i c e v a ri e t i e s w e r e w i t h t h e p r o c e s s o f gro w t h s t a g e t h e s e l e n i u m c o n c e n t r a t i o n s a n d a c c u mu l a t i o n a mo u n t o f r i c e we r e b o t h i n c r e a s e d at b o o t i n g s t a g e a n d f r o m s e e d l i n g s t a g e t o b o o t i n g s t a g e t h e r i c e s e l e n i u m a c c umu l a t i o n