旱稻吸收、累积砷的基因型差异及其机理研究

农田砷污染是我国中南、西南稻作区面临的重要环境问题之一。本项目针对水稻淹水种植下稻米易吸收、累积砷的特点以及农业水资源缺乏现状，提出砷污染农田可通过种植砷低吸收基因型旱稻，缓解水危机的同时有效控制稻米砷污染。迄今，关于旱稻对砷的胁迫响应及不同基因型间砷的吸收差异鲜见报道。项目以国内外广泛栽培的旱稻种质资源为研究材料，通过土壤盆栽试验，运用高效液相色谱、扫描电镜、HPLC-ICP-MS等技术，研究旱稻吸收、累积砷的基因型差异，并通过对比研究砷高、低吸收基因型旱稻，从根际微环境、根表铁膜及其砷形态、木质部砷转运、器官及亚细胞水平砷分布、植物抗性酶系统及络合素应答等多个角度探讨不同砷吸收基因型旱稻对砷的胁迫响应，阐明不同砷吸收基因型旱稻吸收、累积砷的相关机理。研究成果可丰富稻作砷污染相关理论，并为降低砷污染农田风险、确保稻米安全生产提供理论依据和技术支持。

农田砷污染是我国中南、西南稻作区面临的重要环境问题之一。本项目针对水稻淹水种植下稻米易吸收、累积砷的特点以及农业水资源缺乏现状，提出砷污染农田可通过种植砷低吸收基因型旱稻，缓解水危机的同时有效控制稻米砷污染。项目按照研究计划，开展了系列科研工作，主要内容包括三部分：（1）不同基因型旱稻吸收、累积砷差异研究，（2）砷高、低吸收基因型旱稻对砷的吸收、转运及组织分配，（3）砷高、低吸收基因型旱稻受砷胁迫的生理生化响应。第一部分，通过对近百种不同基因型旱稻砷的吸收能力筛选，筛选出具有代表性的砷高、低吸收基因型旱稻。项目以砷高吸收代表性品种V30和砷低吸收代表性品种为V12展开研究，结果发现：（1）砷高、低吸收旱稻在不同生育时期土壤溶液中砷形态分配比例不同，V30种植条件下，As3+变化幅度为8.6%-25.1，V12种植条件下，As3+变化幅度为8.1%-19.8%。揭示不同吸收能力的旱稻，与其根系活动影响土壤溶液砷有关；（2）高、低砷污染土壤下，根表铁膜数量量均呈现出孕穗期>分蘖期>灌浆期>苗期，铁膜中砷含量呈现分蘖期>孕穗期>灌浆期>苗期。砷高吸收旱稻V30根系铁膜砷含量高于砷低吸收旱稻V12，并且，与铁膜中的铁含量呈现正相关。（3）砷高、低吸收旱稻在砷胁迫下，超氧化物歧化酶( SOD) 活性、过氧化物酶（POD）活性、脯氨酸含量均随着生长发育期的变化先升高后下降，在孕穗期达到最大值。在不同土壤污染浓度下，从对照到砷低污染、砷高污染，3个生理指标也存在先升高后下降的趋势。