CO_2浓度和镉铜胁迫对水稻生长发育及籽粒品质特性的影响

【摘要】随着工农业的迅速发展，农田重金属污染的面积日益扩大。与此同时，伴随全球气候变化，大气CO2浓度日益增加，到2050年，预计大气CO2浓度将升至550μmol·mol-1。研究这些复合污染对水稻生长发育和品质特性的影响，能为我国的粮食安全生产战略提供重要的科学依据。本研究利用开顶式气室（OTC），以22种水稻为供试材料，在对照CO2浓度（AmbientCO2370μmol·mol-1）和高CO2浓度（ElevatedCO2800μmol·mol-1）环境中，设低镉铜污染（Cd1.15mg·kg-1,Cu48.44mg·kg-1）和高镉铜污染（Cd2.39mg·kg-1,Cu148.33mg·kg-1）两个水平，三次重复，对水稻的生长发育状况、矿质元素吸收利用特征、稻米中的氨基酸组成和蛋白质含量等品质特性进行了研究，得出以下结论：(1)CO2浓度升高促进生物量、株高、穗数、千粒重的提高，一定程度上增加水稻对镉铜胁迫的耐性。低污染水平下粳稻品种的生长发育好于籼稻品种；高污染水平下，籼稻和粳稻之间不再有明显的差异。(2)CO2浓度升高对水稻根系发育有不同程度的促进作用。在低污染土壤上高CO2浓度显著增加两种水稻根的生物量、根长、根表面积、根体积和根尖数。在高污染土壤上，r-24的根长、根表面积、根体积和根尖数随着CO2浓度的升高而显著增加；r-974只表现为根长和根尖数的增加。(3)CO2浓度升高后，低污染土壤上水稻各部分（根、茎、叶、籽粒）铜含量普遍下降，镉含量普遍增加，各器官中镉铜的升降幅度在品种间的差异较大。健康风险评价结果表明，在低污染土壤上所有供试水稻品种的HQ-Cu均小于1；在高污染土壤上只有1个品种的HQ-Cu显著大于1，并随着CO2浓度的升高进一步增加了HQ-Cu值。在低污染土壤有15%的水稻品种HQ-Cd显著大于1，并随着CO2浓度升高其HQ-Cd值增大；在高污染土壤上有30%的水稻品种HQ-Cd显著大于1，但CO2浓度升高没有显著增加HQ-Cd值。可见，在重金属污染农田中，镉对人体健康的潜在风险明显高于Cu，CO2浓度升高会增加低污染农田中镉的潜在风险。(4)CO2浓度升高普遍降低了不同土壤水平水稻籽粒中的N、K、S、Mn、P、Mg、Fe含量，而Ca、Zn含量表现出不同的变化差异。在两个污染水平上，同一品种对各矿质营养元素的吸收量与污染水平之间的一致性较小。(5)大气CO2浓度升高普遍降低了20种水稻籽粒中蛋白质含量。高污染土壤上籽粒蛋白质含量降幅0.3%-13.1%；低污染土壤上，除了个别品种，粳稻和籼稻籽粒蛋白质含量也呈下降变化，降幅0.3%-16.1%。高CO2浓度降低了多数水稻品种的必需和非必需氨基酸总量，但降幅在不同品种间有着较大的差异。
【作者】武慧斌；
【导师】刘仲齐；
【作者基本信息】中国农业科学院，土壤学，2014，博士
【关键词】水稻；CO2浓度；镉铜污染；矿质元素；蛋白质；

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