镉污染对水稻光合生理及镉吸收的影响

论文总字数：11266字

目 录

摘要 1

ABSTRACT 2

引言 3

1 材料与方法 4

1.1供试土壤 4

1.2试验方案 4

1.3 水稻培养 4

1.4光合生理指标的测定和样品的采集处理 4

1.5样品分析 5

1.6数据分析 5

2结果与讨论 5

2.1 镉污染对水稻光合生理指标的影响 5

2.1.1不同镉浓度对水稻净光合速率和气孔导度的影响 5

2.1.2不同镉浓度对水稻胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率的影响 6

2.1.3不同镉浓度对水稻水分利用率和气孔限制值的影响 6

2.2镉污染对水稻生物量和镉吸收的影响 7

3结论 8

参考文献 8

致谢 9

镉污染对水稻光合生理及镉吸收的影响

郭丰泽

,China

Abstract: Recent years, with the rapid development of economics in our country, the ecological contamination has been much more severe, especially that crops have been damaged by the pollution of some heavy metals in soil, and thus compromised the food security of human directly. In this paper, plot experiment was conducted to study the effects of , cadmium(Cd) of different concentrations on the photosynthetic physiology characteristics and accumulation of Cd of rice in paddy soil under the same conditions using the paddy soil in aggro-meteorological station of Nanjing University of Information Science and Technology. The results showed that under the same conditions, low concentration of Cd, can increase the growth of rice seedlings; while its concentration increases gradually, Cd can damage the photosynthetic tissue of rice, accelerate the speed of leaves’ growing old, and the efficiency of transpiration decreases, and even lead to the close of stomps, thus CO₂ is unavailable, which further cause the reduction of photosynthetic efficiency of rice. That is, the photosynthetic physiology characteristics of rice are presented to be promoted in low concentration and depressed in high concentration. Overall, different concentrations of Cd have different impacts on photosynthetic physiology characteristics of rice; low concentration can accelerate the rate of photosynthesis and increase the growth of rice seedlings, while high concentration can damage the enzyme system in chloroplast of rice, inhibit its photosynthesis and influence the growth of rice seedlings.

Keywords: rice; Cd; photosynthetic physiology characteristics; enrichment of Cd

引言

近年来，我国在发展经济的过程中，由于不注重生态的保护，给生态环境造成了严重的破坏。其中，重金属的污染已经对我国的农业安全造成了严重的威胁。由于镉在土壤中的活性较强，容易被作物吸收而污染食物链，危及人类健康，已成为农田土壤重金属污染的主要污染物之一^[1]。尤其是近年来伴随着采矿、冶金以及镉处理等工作的发展，我国农业土壤受镉污染也日趋严重^[2]。土壤镉（Cadmium，Cd）污染导致的镉超标问题严重影响中国的食品安全，随着工业化的发展，中国受镉、铅等重金属污染的土壤面积逐步扩大^[3]。

镉是一种重金属的化学元素，这种化学元素会对人体的脏器造成严重的危害，产生致癌的结果。长期以来，镉进入人体后主要在肾内积累，且随着年龄的增长和对镉的摄入会在人体内不断富集，即使低水平的慢性镉摄入，也会对人体、骨骼和呼吸系统造成危害，引起一系列的疾病，镉被世界卫生组织划为一级致癌物质^[4]。镉对人体严重的毒害事件是20世纪50年代发生在日本神通川流域的骨痛病，主要是因为当地农民用铅锌冶炼厂的含镉淝水浇灌稻田，使稻谷镉含量严重超标，人们长期食用镉米造成^[5]。同时，镉具有较强的化学活性，比其他重金属更容易进入植物体内，大量积累后会对植物造成危害。当植物体内镉含量达到1mg·kg^-1时，就表现出一系列不适应的症状，植物生物量下降甚至死亡^[6]。在对中国镉污染进行调研的时候，黄河水系、长江水系、淮河流域均出现了镉超标的现象，其土壤中镉含量均超出了国家所规定的标准值，镉对土壤造成了严重的污染。而受到镉污染的土壤，其中的镉元素又会以水体为媒介通过大面积的迁移，对农田的土壤造成污染，我国仅因为镉造成污染的耕地面积就有8000多亩。例如，杭州复合污染区稻米中镉、铅等重金属超标率

到89%，最高的镉含量超过中国两市卫生标准18倍，出现严重的“镉米”现象^[7]。不得不说，这是一个令人堪忧的数字。

据研究，在镉污染土壤中生长的水稻光合强度降低，叶绿素含量下降导致失绿，返青分蘗推迟，根系短少^[8]。Cd是植物叶片光合作用的抑制剂，Cd对光合作用色素光合组织等有破坏作用，影响植物的光合效率^[9]。Cd对水稻光合组织的伤害主要表现为叶片失绿，变薄，面积减小；降低叶片中蛋白质含量，增强水解酶的活性，加速叶片衰老，缩短了叶片的功能期。同时，Cd还会导致气孔水分的丧失，开度减少甚至关闭，CO₂无法进入，固碳

过程受阻，进而降低了光合速率^[10]。

水稻作为我国重要的粮食作物，仅种植面积就占到了世界水稻种植总面积的六分之一，稻谷的总产量占到中国国内粮食产量的三分之一，我国有百分之六十的人口是以大米为主食的，每年仅大米的消费量就找到我国粮食最消费量的一半左右。镉在其根、茎、叶以及籽粒中大量积累，严重影响水稻的生长发育和稻米品质，经食物链富集危害动物和人类的健康^[11]。因此，在镉污染不断加深的情况下，研究不同浓度的镉对于水稻光合生理特性的以及吸收的影响，研究在稻田镉污染的现状之下，如何通过一些科技手段来抑制水稻对镉元素的吸收，来提高其稻谷质量和产量，抑制镉元素通过受污染的大米进入到食物链，有着重要的意义。

本文通过盆栽实验的方式，来研究不同浓度的镉对水稻生理指标和水稻酶活性以及其变化间的相互联系，分析出不同浓度的镉对水稻的光合生理特性和水稻对镉的吸收量的影响，从而为镉污染水稻区的水稻安全生长，提高作物产量和品质提供理论依据，并为重金属镉的污染防治提供参考。

1 材料与方法

1.1供试土壤

土壤为农业气象试验站水稻土。采集表层土壤0-20cm，晒干后混匀，过筛。测定土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾等基本理化性质，其结果见表1。

表1 供试土壤的基本理化性质

Table1 Physiochemical properties of the soil used in this study

1.2试验方案

土壤处理：将过筛过后的土壤装入PVC盆中，每盆1千克。镉以氯化镉的形式加入，施入量为0，1(国家土壤环境质量三级准,GB15618-1995), 10mg kg^-1。每个处理3个重复。向土壤中加入自来水，保持土壤湿润。纯化一个月后，向土壤中加入含N、P和K分别为40g L^-1、12.5g L^-1和25g L^-1的NH₄H₂PO₄、CO(NH₂)₂和KCL混合溶液10ml，使土壤中施入的N、P和K分别为400mg kg^-1，125mg kg^-1和250mg kg^-1。淹水一个星期后，移栽。

1.3 水稻植株培养

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